[发明专利]一种利用全介质纳米结构增强石墨烯紫外光吸收的方法

说明书

本发明公开了一种利用全介质纳米结构增强石墨烯紫外光吸收的方法，包括，以下步骤：步骤1：在基片上用电子束蒸镀的方法先沉积氟化钙作为氟化钙介质层；步骤2：在氟化钙介质层一侧之上沉积氧化锆作为高折射率介质氧化锆层，在高折射率介质氧化锆层之上沉积六氟铝酸钠作为低折射率介质六氟铝酸钠层；步骤3：然后在低折射率介质六氟铝酸钠层的表面沉氟化钙作为氟化钙介质层；步骤4：将石墨烯转移至氟化钙介质层另一侧之上形成石墨烯层；步骤5：在石墨烯层表面沉积氧化硅层；步骤6：利用光刻的方式将氧化硅层刻蚀成相同宽度和相同距离的二氧化硅纳米条。无需在结构中加入任何除石墨烯以外的有耗金属或介质，紫外光的能量全部被石墨烯吸收。

技术领域

本发明涉及紫外光吸收技术领域，具体为一种利用全介质纳米结构增强石墨烯紫外光吸收的方法。

背景技术

二维材料与传统的三维材料相比具有优异的电子和光学性能，因此二维材料在新型光电器件研究领域引起了广泛的兴趣。作为最流行的二维材料，石墨烯的载流子迁移率高，光谱响应快，能带结构特性，并且具有独特的机械强度和柔韧性，因此在未来硅光电子技术的发展中，石墨烯被视为一种很有潜力的替代品。在过去的几年里，许多基于石墨烯的光子器件被广泛研究，包括太阳能电池，光子探测器，光调制器和光学传感器等。在这些研究中，石墨烯由于其极薄的物理厚度以及在可见光和近红外波段的波长无关吸收，石墨烯显示出比较差的光与物质相互作用的能力以及比较弱的光谱选择性，这些缺陷毫无疑问地会对石墨烯器件的性能产生影响，所以如何增强石墨烯中的光吸收成为石墨烯器件研究的关键技术。目前，在可见到近红外波段，已经有许多研究采用特殊的光子纳米结构来增强光在单层石墨烯中的吸收，但目前几乎没有关于在单层石墨烯中实现较高的紫外线吸收的研究工作，导致对于石墨烯紫外器件应用，如紫外光检测，拉曼光谱分析等研究工作无法开展。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种利用全介质纳米结构增强石墨烯紫外光吸收的方法，解决了紫外光在单原子层石墨烯中的不被吸收的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种利用全介质纳米结构增强石墨烯紫外光吸收的方法，包括，以下步骤：

步骤1：选择单面抛光的硅片为基片，在基片上用电子束蒸镀的方法先沉积氟化钙作为氟化钙介质层；

步骤2：在氟化钙介质层一侧之上沉积氧化锆作为高折射率介质氧化锆层，在高折射率介质氧化锆层之上沉积六氟铝酸钠作为低折射率介质六氟铝酸钠层；

步骤3：然后在低折射率介质六氟铝酸钠层的表面沉氟化钙作为氟化钙介质层；如图4所示，当氟化钙的厚度小于73nm时，此时的最大紫外吸收率小于30％。当氟化钙的厚度从73nm增加到165nm时，紫外吸收带的中心波长从248nm红移至287nm。当氟化钙的厚度从112nm增加至133nm时，最大紫外吸收维持在98％以上。

步骤4：将石墨烯转移至氟化钙介质层另一侧之上形成石墨烯层；具有亚波长厚度的介质材料薄膜来增强石墨烯的紫外吸收；由于石墨烯能带的鞍点奇异性，其电导率在自由空间波长为268nm时显示一个显著的非对称峰值。这使得石墨烯在紫外范围内对光的吸收率高于可见光波段，但悬浮石墨烯的紫外吸收率仍低于9％，仍需要通过一定的方法提高石墨烯对紫外光的吸收。在纳米结构中，石墨烯对紫外光的吸收依赖于入射光的偏振。如图3所示，当采用s偏振光入射时，可见光波段的吸收被抑制了，而在270nm形成了一个明显的吸收峰，吸收率接近99.7％，并且半高宽只有9.7nm，这说明当采用s偏振光入射时，本发明会显示出良好的光谱选择特性。

步骤5：在石墨烯层表面沉积氧化硅层；