[发明专利]一种悬空石墨烯传播等离激元波导器件及其制备方法

权利要求书

1.一种悬空石墨烯传播等离激元波导器件，该器件包括：自下而上依次设置的衬底，石墨烯层和电极；所述衬底包括至少一个孔结构，用于支撑石墨烯层和电极；所述石墨烯层覆盖在所述衬底的孔结构上，构成悬空石墨烯结构；所述电极置于石墨烯层之上，用于电学测量和静电调控石墨烯载流子浓度；

其中，所述等离激元可通过中红外散射型扫描近场光学显微镜针尖的散射光直接激发；

所述等离激元也可通过入射红外光照射到样品中孔的边界而激发。

2.根据权利要求1所述的悬空石墨烯传播等离激元波导器件，其特征在于，所述衬底的几何尺寸为500μm-5cm，厚度为1μm-5cm；所述孔结构中，孔以阵列形式排布，孔之间的间距为1μm-4cm，孔径为0.5μm-5cm，孔深度为0.1μm到5㎝。

3.根据权利要求1所述的悬空石墨烯传播等离激元波导器件，其特征在于，所述孔结构为盲孔或通孔的结构，所述孔结构的纵切面为台阶状结构。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的悬空石墨烯传播等离激元波导器件，其特征在于，所述孔结构的横向切面形状为圆环形、圆形、椭圆形、三角形、矩形、五角形结构、正六边形、八角形中的一种。

5.根据权利要求1或2所述的悬空石墨烯传播等离激元波导器件，其特征在于，所述衬底的材料为金属、无机晶体或有机塑料；其中所述金属材料选自铁、铝、铜、金、银、铂、钢中的一种；所述无机晶体材料选自硅、石英、蓝宝石、氟化钙、氟化镁、氮化硅、氮化镓中的一种。

6.根据权利要求1所述的悬空石墨烯传播等离激元波导器件，其特征在于，所述石墨烯层可使用化学掺杂或静电调控掺杂，所述石墨烯层数可选自1层至10层。

7.一种悬空石墨烯传播等离激元波导器件的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：选取衬底，在所述衬底上利用机械加工、干法或者湿法刻蚀的方法制作若干孔结构；

步骤二：制备石墨烯薄膜；

步骤三：将石墨烯薄膜置于所述衬底上，并覆盖孔结构形成悬空石墨烯层；

步骤四：利用热蒸镀、电子束蒸镀、聚焦离子沉积、磁控溅射方法中的一种制备电极结构；

步骤五：掺杂石墨烯层，使用化学掺杂方法或使用电极栅压的静电掺杂；

步骤六：近场激发和表征等离激元；采用中红外散射型扫描近场光学显微镜针尖的散射光直接激发等离激元，或者采用入射光照射到所述孔结构的边界而激发等离激元，并使用上述中红外散射型扫描近场光学显微镜针尖扫描悬空石墨烯传播等离激元波导器件表面可以获得悬空石墨烯上支持的等离激元波的干涉图案。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤一中所述孔结构的孔径为0.5μm-5cm，孔深度为0.1μm到5㎝。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤一中所述孔结构的横向切面形状为圆形、椭圆形、三角形、矩形、五角形结构、正六边形、八角形中的一种。

10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤一中所述孔结构为盲孔或通孔的结构，通孔之间的间距为1μm-4cm；所述孔结构的纵切面为台阶状的结构。