[发明专利]基于完美吸收超材料的热电子光探测器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于完美吸收超材料的热电子光探测器及其制备方法，包括基底，在所述基底上由下向上依次设置有第一金属薄膜、电极中间层、第二金属薄膜、超材料介质层和周期性介质点阵；所述第一金属薄膜与第二金属薄膜的材质一致；所述第一金属薄膜作为底电极，所述第二金属薄膜作为顶电极；其中，所述第一金属薄膜为光学阻挡层和电学输运层。其光学吸收好，电学输运效率高，光探测器的响应度好。

技术领域

本发明涉及光探测器技术领域，具体涉及一种基于完美吸收超材料的热电子光探测器及其制备方法。

背景技术

热电子光探测器的工作原理是利用光内发射原理收集金属中由光吸收产生的处于热力学非平衡态的电子。热电子光探测器的作为亚禁带光学探测器，工作波段可以从紫外波段延伸至近红外波段，同时还具备响应时间快，能室温操作等优点。从结构上说，热电子光探测器有金属-半导体和金属-介质-金属两种类型。热电子光探测器的性能一般用响应度来表征，即单位入射光功率下的电流输出。为了提高热电子光探测器的响应度，可利用金属微纳结构以增强入射光学信号吸收。但是金属微纳结构会降低热电子的输运效率。

在金属-介质-金属结构的热电子光探测器中，两层金属既作为入射光信号的吸收材料，又作为探测器的两个电极用以输出电信号。基于金属-介质-金属结构热电子光探测器的工作原理可分为四步：(1)当入射光信号照射到探测器上，在两个金属区域内引起明显的光学吸收，但两个光学吸收不相等而存在光学净吸收；(2)金属中费米能级附近的电子得到入射光子的能量跃迁至高能级产生处于非热力学平衡态的热电子；(3)产生的热电子在金属中自由扩散输运至金属-介质界面处；(4)成功到达界面处的热电子越过金属-介质势垒到达对电极被收集，光学净吸收造成两个电极收集的热电子个数不相等而形成输出电流信号。

一般来说，可以从两个方面提高热电子光探测器性能，一是提高探测器的光学吸收，二是增强热电子在金属中的输运效率。针对金属-介质-金属结热电子光探测器，存在光学吸收和电学输运的矛盾。具体说，基于金属微纳构型的热电子光探测器的光学吸收要强于平面型热电子光探测器，但热电子的输运效率不如平面型热电子光探测器。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于完美吸收超材料的热电子光探测器及其制备方法，其光学吸收好，同时电学输运效率高，光探测器的响应度好。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种热电子光探测器及其制备方法，包括基底，在所述基底上由下向上依次设置有第一金属薄膜、电极中间层、第二金属薄膜、超材料介质层和周期性介质点阵；所述第一金属薄膜与第二金属薄膜的材质一致；所述第一金属薄膜作为底电极，所述第二金属薄膜作为顶电极；其中，所述第一金属薄膜为光学阻挡层和电学输运层。

作为优选的，所述第一金属薄膜为金薄膜、银薄膜、铜薄膜或铝薄膜。

作为优选的，所述电极中间层为氧化锌薄膜、氧化铝薄膜或二氧化钛薄膜。

作为优选的，所述超材料介质层为二氧化硅薄膜、氧化锌薄膜或氟化镁薄膜。

作为优选的，所述周期性介质点阵为氮化硅点阵、碳化硅点阵或二氧化硅点阵。

作为优选的，所述周期性介质点阵的周期不小于250nm。

作为优选的，所述第一金属薄膜的厚度为100-500nm,所述第二金属薄膜的厚度为10-30nm。

作为优选的，所述电极中间层的厚度为5-10nm。

本发明公开了一种基于完美吸收超材料的热电子光探测器的制作方法，包括以下步骤：

S1、对基底表面进行清洗以去除基底表面的杂质；

S2、使用电子束蒸镀法在基底上沉积第一金属薄膜，作为底电极；

S3、使用原子层沉积法在所述第一金属薄膜上生长电极中间层；