[发明专利]一种具有多级调控功能的薄膜结构

说明书

本发明涉及一种具有多级调控功能的薄膜结构，该结构是相变材料(PCM)和金属‑绝缘体材料(MIT)结合的新型薄膜结构。具有两种材料各自独立的光学特性，随温度变化产生四次调控的特点。利用激光加热或退火加热，随着温度的升高，MIT首先发生绝缘体‑金属的转变，从而本结构反射率产生第一次变化。温度继续升高，相变材料发生相变(晶化)，本结构光学性质产生第二次变化。当降温时，MIT会恢复到原来状态，而PCM不变，从而本结构产生第三次变化。最后利用激光加热，相变材料发生相变(非晶化)，本结构恢复到起始状态。这种随温度变化产生的多级光学性质改变，为多级调控光电子材料和器件设计提供了新思路。

技术领域

本发明属于光学调控领域中的薄膜结构，特别是涉及利用相变材料进行可逆光学性质调控的领域。具体是一种具有多级调控功能的薄膜结构。

背景技术

根据需要设计和控制材料的性质是人类长久以来一直追寻的目标，虽然科研工作者付出了不懈努力，然而至今仍然有许多问题需要解决。对于光学功能材料，对光学系数的调制显得格外重要。近几十年来，光电子技术引起了人们越来越多的关注，其在多级存储、全息显示等方面表现出很好的特性，并且其非线性的多级变化为在人工神经网络中的应用打开了新视野。

相变材料作为一种能在晶态、非晶态间转变的功能材料，具有转变速度快，稳定性好等很多优良特性，正越来越多地应用到光子器件中，以期实现其多级调控功能。相变材料可通过电脉冲或者光脉冲产生的焦耳热来诱发其可逆相变特性。锗锑碲材料因其优良的特性正越来越多地被应用于可调谐光电子器件中。二氧化钒也是一种优良的金属-绝缘体材料，其在被加热到68摄氏度时会发生相变，当温度低于68摄氏度，会回复到最初状态。二氧化钒在能源材料和开关器件中有很多应用。

光学特性的多级调控，正被越来越多的光电子器件所需要。但是对于单独一种材料来说，由于其在很小的温度范围内就会产生相变，其只能为开或关状态，很难达到多级变化。不能满足多级调控器件的需要，限制了其应用范围。为解决这个问题，我们提出了一种新的含有两种相变材料的薄膜结构，可广泛应用于纳米尺度光电开关、超快光转换、超分辨光存储等多个领域。

发明内容

本发明主要解决的技术问题在于克服上述现有技术不足，提供一种具有多级调控功能的薄膜结构。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种具有多级调控功能的薄膜结构，其特点在于，利用相变材料和金属-绝缘体材料构成，其中中间层为金属-绝缘体材料，上下两层分别为铝层和相变材料。每层厚度由材料性质模拟仿真得到。

作为本发明的优选方案，铝层厚度为100纳米，锗锑碲厚度为50纳米，二氧化钒厚度为80纳米。

作为本发明的优选方案，加热过程可以为激光加热，也可以为退火加热。

作为本发明的优选方案，所述两种材料相互独立，在温度调控过程中各自转变，互不影响。

作为本发明的优选方案，所述功能结构，相变层以磁控溅射制备，MIT层以化学方法制备。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本新型相变薄膜结构，随温度的变化，能产生四种不同的光学状态，并且经激光加热后，能回到初始状态，可以重复擦写使用。

随温度的变化，本结构可以产生光学性质的多级调控，并且每层材料特性相互独立。

随温度的变化，具有至少四个稳定的光学状态。

采用磁控溅射法制备而成，金属-绝缘体材料可以采用多种方法制备。

本薄膜结构可以多次重复擦写。

附图说明