[发明专利]一种基于石墨烯-金属微纳阵列的近红外宽波段光吸收增强结构

说明书

本发明公开了一种基于石墨烯‑金属微纳阵列的近红外宽波段光吸收增强结构，包括从上至下依次层叠设置的石墨烯层、金属微纳阵列层、介质层及基底层，其中，所述金属微纳阵列层包括沿一阵列方向依次交替间隔设置的第一微纳颗粒列与第二微纳颗粒列，所述第一微纳颗粒列与第二微纳颗粒列中均由若干等距间隔设置的金属微纳颗粒沿着各自的列队方向布置而成。根据本发明，通过在金属基底上方放置一个金属微纳阵列，两个金属的电场之间发生很强的交互作用从而产生局域的等离子体激元谐振耦合，将石墨烯与这种结构结合，使得石墨烯表面的局域场增强从而增强了石墨烯的光吸收率；通过对金属微纳阵列占空比的调整，可以实现石墨烯在特定波段光吸收的增强。

技术领域

本发明涉及光电技术领域，特别涉及一种基于石墨烯-金属微纳阵列的近红外宽波段光吸收增强结构。

背景技术

光探测器作为一种重要的信息感知器件，极大的推动了人类科技发展和信息化进程。广谱探测与成像在卫星遥感、成像及光通信等领域有广阔的应用前景，近红外宽光谱探测器作为其关键部分有十分重要的研究价值。目前，传统的基于碲化汞镉(HgCdTe)、砷铟镓(InGaAs)等材料的红外探测器，为了提高信噪比，通常需要制冷，导致探测器的体积大、成本高。实现便携、低成本的红外探测是重要的发展趋势。

石墨烯以其独特的机械、电学、光学方面的显著优势，成为目前光探测器领域的研究热点。与传统的半导体材料相比，石墨烯具有零带隙结构，其作为一种广谱探测器，可以实现从紫外波段到太赫兹波段的全谱检测，从而在广谱探测方面优势显著；此外，石墨烯还具有超高的载流子迁移率，且其表面无悬挂键，可以直接与硅基基底通过范德瓦尔斯外延形成异质结，而不用担心传统异质结的晶格失配问题。然而，虽然石墨烯有较强的光与物质相互作用，但由于其原子级的厚度(0.34nm)，导致其极低的吸光率。在可见光及近红外波段，石墨烯的光吸收率仅有2.3％，这极大的限制了石墨烯在光探测器领域的应用。

有鉴于此，实有必要开发一种基于石墨烯-金属微纳阵列的近红外宽波段光吸收增强结构，用以解决上述问题。

发明内容

针对现有技术中存在的不足之处，本发明的目的是提供一种基于石墨烯-金属微纳阵列的近红外宽波段光吸收增强结构，通过对该结构的几何参数进行调整，可以调节其光吸收谱使其满足不同谐振频率范围内的应用需求。

为了实现根据本发明的上述目的和其他优点，提供了一种基于石墨烯-金属微纳阵列的近红外宽波段光吸收增强结构，包括从上至下依次层叠设置的石墨烯层、金属微纳阵列层、介质层及基底层，其中，所述金属微纳阵列层包括沿一阵列方向依次交替间隔设置的第一微纳颗粒列与第二微纳颗粒列，所述第一微纳颗粒列与第二微纳颗粒列中均由若干等距间隔设置的金属微纳颗粒沿着各自的列队方向布置而成。

可选的，所述第一微纳颗粒列与第二微纳颗粒列中的金属微纳颗粒均为圆柱状结构。

可选的，假定所述第一微纳颗粒列的阵列周期为P₁，所述第二微纳颗粒列的阵列周期为P₂，所述第一微纳颗粒列与第二微纳颗粒列的总阵列周期为P，则有P＝P₁+P₂。

可选的，P＝340nm，P₁＝180nm，P₂＝160nm。

可选的，假定所述第一微纳颗粒列的金属微纳颗粒的直径为W₁,所述第二微纳颗粒列的金属微纳颗粒的直径为W₂，所述第一微纳颗粒列与第二微纳颗粒列的高度为h，则有W₁＝160nm，W₂＝140nm，h＝20nm。

可选的，所述基底层由银金属制成。

可选的，所述基底层的厚度为100nm。

可选的，所述介质层为三氧化二铝。