[发明专利]一种红外光完美吸收器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电功能材料与器件和光子学领域，特别是涉及一种红外光完美吸收器及其制备方法。

背景技术

光完美吸收器是实现高效光谱的光吸收与光电探测的一个必备元件，它可以实现在特定波段或多个波段光谱范围内的光波能量的吸收。光完美吸收器的原理一般是介质导波的光学共振模式、金属等离激元共振和光谱相位耦合或相干等现象引起光波的共振吸收或捕获现象。近红外和中红外波段的光完美吸收器可以作为光电转换器、热发射器的结构单元，或作为减小电磁波杂散发射的涂层材料。

电磁波完美吸收器的研究获得了国内外研究者的广泛关注。在电磁波完美吸收器结构中，通过电磁共振现象实现了在共振波长处既没有反射(反射率接近为0)也没有透射(透射率为0)，从而根据吸收A＝1-R-T(其中A代表吸收率，R代表反射率，T代表透射率)的定义可以得到吸收率A接近100％的完美吸收。

目前，大部分都采用基于金属-介质(或绝缘材料)-金属的三层电磁共振结构体系或超材料体系，实现了从微波频段到可见光波段的完美吸收响应。然而在这些三层结构光完美吸收器体系中，由于上层金属结构基本都是非连续金属结构，比如金属块，在技术上需要精密的光学刻蚀或电子束刻蚀。因此，这类三层结构光完美吸收器难以大面积、低成本制备，进而无法有效拓展到电控或光电子功能器件平台。此外，这些三层结构光完美吸收器往往只能吸收单一共振波长的电磁波，是窄带的光吸收，即无法实现红外宽带或红外超宽带光的吸收。

综上所述，如何实现易于大面积制备且制备成本低、制备方法简单的超宽带红外光完美吸收器，是光电功能材料与器件和光子学领域急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种红外光完美吸收器及其制备方法，能够实现红外宽带或红外超宽带光的吸收，且易于大面积制备、制备成本低、制备方法简单。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种红外光完美吸收器，所述红外光完美吸收器包括衬底、在所述衬底上设置不透光的金属膜层以及在所述金属膜层上设置的胶体晶体-金属薄膜共振结构层；其中，所述胶体晶体-金属薄膜共振结构层由多个相同的胶体晶体颗粒以及沉积在每个所述胶体晶体颗粒上表面的金属薄膜组成；所述胶体晶体颗粒均匀排列在所述金属膜层上。

可选的，所述胶体晶体颗粒的形状为球形；相邻所述胶体晶体颗粒的球心之间的距离相同。

可选的，所述胶体晶体颗粒的直径为600nm～2000nm。

可选的，所述胶体晶体颗粒上表面的金属薄膜的材料与所述金属膜层的材料相同。

可选的，所述金属膜层的材料为金或银。

可选的，所述金属膜层的厚度为50nm～200nm。

可选的，所述衬底的材料为玻璃、硅片或柔性材料。

本发明还提供了一种红外光完美吸收器的制备方法，所述制备方法用于制备红外光完美吸收器，所述制备方法包括：

采用物理沉积方法，在所述衬底上进行镀膜，形成不透光的所述金属膜层；

采用胶体自组装方法，在所述金属膜层上表面制备胶体晶体结构；

采用反应离子束刻蚀方法，在所述胶体晶体结构上进行刻蚀，形成胶体晶体颗粒阵列；所述胶体晶体颗粒阵列由多个相同的胶体晶体颗粒组成，且所述胶体晶体颗粒均匀排列在所述金属膜层上；

采用所述物理沉积方法，在每个所述胶体晶体颗粒的上表面进行垂直方向的镀膜，形成胶体晶体-金属薄膜共振结构层。

可选的，所述采用反应离子束刻蚀方法，在所述胶体晶体结构上进行刻蚀，形成胶体晶体颗粒阵列，具体包括：采用3:2比例混合的氧气和四氟化碳的气体，在压强为8000帕且功率为80瓦的刻蚀参数下，对所述胶体晶体结构进行刻蚀，形成胶体晶体颗粒阵列；其中，所述反应离子束刻蚀的时间为0-600秒。可选的，所述物理沉积方法为磁控溅射镀膜法、热蒸发镀膜法、真空电子束镀膜技术或离子束溅射镀膜法。