[发明专利]用于动态色彩调控的法布里-珀罗腔滤波器及方法

权利要求书

1.一种用于动态色彩调控的法布里-珀罗腔滤波器，其特征在于：从上至下依次包括第一层金属薄膜层(11)、第二层非导电电介质层(12)、第三层透明导电氧化物层(13)、第四层金属层(14)、第五层衬底层(15)；

其中，所述第一层金属薄膜层(11)用于将入射光引入法布里-珀罗腔，并作为法布里-珀罗腔的金属-绝缘体-金属结构中的上层金属层；

所述第二层非导电电介质层(12)作为法布里-珀罗腔的金属-绝缘体-金属结构中的中间电介质层，并作为阻挡层阻挡介电常数趋于0的材料发生电化学金属化后的金属离子迁移；

所述第三层透明导电氧化物层(13)为介电常数趋于0的材料，在电场作用下能实现折射率的改变，从而调节法布里-珀罗腔腔体的折射率；

所述第四层金属层(14)作为法布里-珀罗腔金属-绝缘体-金属结构中的下层金属层；

最下面为第五层衬底层(15)，在衬底上制备上述结构；

同时，第一层金属薄膜层(11)、第二层非导电电介质层(12)、第三层透明导电氧化物层(13)和第四层金属层(14)构成忆阻单元，其中第一层金属薄膜层(11)作为第一电极，第四层金属层(14)作为第二电极，第一层金属薄膜层(11)和第二层非导电电介质层(12)形成相互垂直的交叉阵列结构，第二层非导电电介质层(12)和第三层透明导电氧化物层(13)形成相互垂直的交叉阵列结构，第一电极与第二电极电连接，对忆阻单元施加电压完成对折射率的调控，撤去电压，折射率完成记忆。

2.根据权利要求1所述的用于动态色彩调控的法布里-珀罗腔滤波器，其特征在于：所述第一层金属薄膜层(11)为Au，Au膜厚度保证入射光能够穿过Au薄膜进入FP腔，Au膜厚度为15-30nm。

3.根据权利要求1所述的用于动态色彩调控的法布里-珀罗腔滤波器，其特征在于：所述第二层非导电电介质层(12)为二氧化钛层，二氧化钛作为非导电电介质使忆阻单元形成电场，二氧化钛层厚度为50-100nm。

4.根据权利要求1所述的用于动态色彩调控的法布里-珀罗腔滤波器，其特征在于：所述第三层透明导电氧化物层(13)为二氧化硅掺银薄膜层,二氧化硅中预置的Ag掺杂体积分数为90％，二氧化硅掺银薄膜层存在介电常数实部区域0的区域，二氧化硅掺银薄膜层厚度为75-150nm。

5.根据权利要求1所述的用于动态色彩调控的法布里-珀罗腔滤波器，其特征在于：所述第四层金属层(14)为Au层，Au层厚度为200-300nm。

6.根据权利要求1所述的用于动态色彩调控的法布里-珀罗腔滤波器，其特征在于：所述第五层衬底层(15)为Si衬底层，其厚度为15mm。

7.权利要求1至6任意一项所述的用于动态色彩调控的法布里-珀罗腔滤波器的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)在第五层衬底层(15)上使用直流磁控溅射的方式沉积Au膜；

(2)在第四层金属层(14)上使用射频磁控共溅射的方式沉积二氧化硅掺银透明导电膜，使用掩模版对该层材料图形化；

(3)在第三层透明导电氧化物层(13)上使用直流磁控溅射的方式沉积二氧化钛，使用掩模版对该层材料图形化；

(4)在第二层非导电电介质层(12)上使用直流磁控溅射的方法沉积Ag薄膜，使用掩模版对该层材料图形化形成电极。

8.权利要求4所述的用于动态色彩调控的法布里-珀罗腔滤波器的共振波长和共振强度的调谐方法，其特征在于包括如下步骤：

在未施加电压的时候，滤波器对x₁波长具有强烈的吸收，呈现出a颜色，通过电压装置对第四层金属层(14)施加正电压，第三层透明导电氧化物层(13)中Ag原子会发生电化学金属化,由于第三层透明导电氧化物层中预埋了Ag，相邻的Ag团簇相当于两个电极，Ag原子通过氧化还原反应会在Ag团簇之间会形成Ag纳米丝，导致第三层透明导电氧化物层的有效折射率发生变化，靠近第二层非导电电介质层和第三层透明导电氧化物层的界面处的Ag纳米丝形成会被阻挡在界面处，形成一层Ag层，此时第三层透明导电氧化物层的折射率随着Ag纳米丝的形成，折射率发生改变，对x₂波长具有强烈的吸收，呈现出b颜色；随着进一步对第四层金属层施加正电压，第三层透明导电氧化物层中的Ag纳米丝进一步形成，折射率继续发生改变，此时对x₃波长具有强烈的吸收，呈现出c颜色；

通过电压装置对第一层金属薄膜层(11)施加正电压，Ag原子继续发生电化学金属化效应，第三层透明导电氧化物层的Ag纳米丝开始逐渐断裂，折射率发生变化，对x₂波长具有强烈的吸收，呈现出b颜色，随着进一步对第一层金属薄膜层(11)施加正电压，第三层透明导电氧化物层中形成的Ag丝完全断裂，折射率回到初始值，对x₁波长具有强烈的吸收，呈现出a颜色。