[发明专利]一种兼容CMOS工艺的宽波段超材料吸收器

说明书

本发明涉及一种兼容CMOS工艺的宽波段超材料吸收器，所述该超材料吸收器的主要结构包括：所述结构包括依次设置的下基板、绝缘介质。下基板包括具有可见光波段与1550nm光通信波段超吸收功能的MIM结构。本发明可以实现兼容CMOS工艺的宽波段超表面吸收结构，在可见光和光通信波段实现宽范围的高吸收率功能。

技术领域

本发明涉及一种吸收器，具体涉及一种兼容CMOS工艺的宽波段超材料吸收器，属于光学器件技术领域。

背景技术

超材料指的是一类在自然界不存在的，具有特殊性质的人造材料，具有传统材料不具备的性质，能够实现传染材料无法实现的功能。超材料在控制电磁波的吸收、反射和传播方面显示出强大而通用的能力。他们激发了惊人的设计和设备，包括一个完美的镜头，黑洞，等离子体传感器，新颖的太阳能收集概念和更多。其中，超材料吸收器的性能与组成材料及其单元结构和尺寸有关，具有近乎完美的吸收、深度亚波长厚度和可调谐性。在光学范围内，通常由金、银、铜或镍等金属制成的超材料吸收器能够显著增加结构的光学截面，从而在一定的光谱范围内大大增强由表面等离子体激振引起的吸收。然而，由于等离子体激振的共振性质以及强金属响应引起的非共振频率的高反射系数，使得吸收带宽往往受到高度限制。

人工结构材料的独特之处在于其能带结构和色散关系可以被精确地调整。研究表明，在入射光的照射下，金属表面的表面电荷密度波可以被激发，这种表面电荷密度波通常被称为表面等离子体激元(SPs)。因此，振荡表面等离子体的辐射可以调节周围的电磁场。在共振频率上，这种效应变得如此强烈，以至于一个薄的金属结构可以有效地调整光的状态。

大多数超材料吸收器利用等离子体纳米结构中的固有损耗来产生大的吸收。在介电层中嵌入的等离子体散射体已经被发现，通过捕获入射太阳辐射来实现大的吸收增强。强烈的局部场增强在亚波长等离子体纳米共振结构形成电和磁共振是应用最广泛的方法来增强吸收, 甚至达到近完美吸收。该方式在实现不同波长范围的偏振和入射角不敏感吸收器方面具有很大的灵活性。虽然已经证明了利用等离子体纳米谐振器的各种完美吸收器，但由于等离子体谐振的带宽有限，很难在较宽的波长范围内保持较大的吸收。多波段吸收已经被证明是通过在亚波长单位细胞内结合不同类型的等离子体谐振器，但吸收的总带宽受到亚波长周期内容纳不同谐振器的能力的限制。多层结构已经被提出作为这个问题的解决方案，但是这种结构的制造是繁琐的，可以用简单的纳米制造方法实现的设计通常是首选的。同时，随着CMOS 技术的快速发展，CMOS工艺具有成本低，集成度高的特点，采用兼容CMOS工艺的超材料结构能够极大的降低超材料结构的制造成本，并简化制造步骤。

MIM(Metal-insulator-metal)是由金属、介质、金属三层薄膜组成的夹心结构。该结构在超表面吸收等纳米光学领域具有较广泛的应用。

氮化钛(TiN)熔点高达2930℃，耐高温，在可见光-近红外范围内表现出等离子体共振效应，在此范围内增强了等离子体吸收效果。它还具有较大的损耗和良好的阻抗匹配空气在可见范围内，使它适合于光吸收。在超材料设计中，我们可以结合等离子体的性质和氮化钛的大的内在损耗来实现大范围的高光学吸收。氮化钛的其他显著性能包括与CMOS工艺的相容性、可调节的介电常数、强的机械稳定性等。现有研究表明，氮化钛的电导率和介电常数等关键性能仅随温度变化很小。因此，氮化钛是一个有前途的高温(难熔)等离子体应用的候选材料。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的问题，提供一种兼容CMOS工艺的宽波段超材料吸收器，该技术方案在LCoS中可充当遮光层的作用，以其极低的透过率可防止LCoS中上层的可见光透过遮光层，同时本发明在可见光波段的高吸收率可以防止可见光在遮光层发生反射影响LCoS的调制作用。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种兼容CMOS工艺的宽波段超材料吸收器，所述结构包括依次设置的下基板、绝缘介质。下基板包括具有可见光波段超吸收功能的MIM结构。本发明可以实现兼容CMOS工艺的宽波段超表面吸收结构，在可见光和光通信波段实现宽范围的高吸收率功能。