[发明专利]一种等离激元吸收器及其制备方法

说明书

本发明公开一种等离激元吸收器，包括周期性单元，所述周期性单元由下至上依次为基底层、金属薄膜层和金属纳米环，所述的金属纳米环的轴向垂直于金属薄膜层表面，并且所述的金属纳米环的周向外围由电介质层包裹，并且所述的金属纳米环的内部区域由电介质层填充，在金属纳米环和电介质层的顶部覆盖有保护层。本发明所述的等离激元吸收器利用电介质层来将金属纳米环包裹并填充，能有效保护金属纳米环，提高金属纳米环的稳定性，电介质层具有良好的热稳定性，避免金属纳米环在高温环境下发生永久变形，保障等离激元吸收器的稳定的光吸收性能，提高了等离激元吸收器所能应用的工作温度，适用范围更广。

技术领域

本发明涉及光电子器件技术领域，尤其涉及一种等离激元吸收器及其制备方法。

背景技术

光吸收是光学领域的一个研究热点，特别是宽频带光吸收的研究更引起人们的关注，纳米尺度的等离激元吸收器体积小，灵敏度高，易于大规模生产等特性，市场应用前景广泛。通过对等离激元吸收器进行合理的设计，光可以被限制在器件内部，对于理想的宽带等离激元吸收器，要求具有宽角入射，极化不敏感以及高的吸收效率等。现有的等离激元吸收器的工作温度大都低于1000K以下，但在太阳能热光伏的应用中，工作温度会大于1300K，传统的等离激元吸收器长时间暴露在高温下通常会产生永久变形，这极大的影响了等离激元吸收器的光吸收性能表现，现有技术中可以采用高熔点的金属材料代替传统的低熔点的贵金属材料来制备等离激元吸收器，但这些高熔点金属材料的化学稳定性较差、光谱吸收的选择性较差，在高温环境下应用时极大的影响了等离激元吸收器的性能，难以满足需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术进行改进，提供一种等离激元吸收器，解决目前技术中等离激元吸收器难以应用在高温环境下，化学性能稳定性差、光学吸收性能较差的问题。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案是：

一种等离激元吸收器，包括周期性单元，所述周期性单元由下至上依次为基底层、金属薄膜层和金属纳米环，所述的金属纳米环的轴向垂直于金属薄膜层表面，并且所述的金属纳米环的周向外围由电介质层包裹，并且所述的金属纳米环的内部区域由电介质层填充，在金属纳米环和电介质层的顶部覆盖有保护层。本发明所述的等离激元吸收器利用电介质层来将金属纳米环包裹并填充，电介质层对金属纳米环起到支撑加固的作用，提高金属纳米环的结构稳定性，在高温环境下，电介质层具有良好的热稳定性，从而能够有效避免金属纳米环出现变形，保障等离激元吸收器的稳定的光吸收性能，提高了等离激元吸收器所能应用的工作温度，适用范围更广，本发明是利用电介质层来加固稳定金属纳米环，从而金属纳米环仍然可采用化学性能稳定性好、光学吸收性能好的贵金属，例如金、银等，无需采用熔点高但化学稳定性较差、光谱吸收的选择性较差的金属材料，从而能保障激元吸收器具有稳定的工作性能。

进一步的，所述的金属纳米环在金属薄膜层上间隔分布有若干个，能够提高吸收效率。

进一步的，所述若干个金属纳米环的内径至少其中一个与其余相同，或者各不相同，能够实现宽带范围的光谱吸收，吸收效率高。

进一步的，所述若干个金属纳米环的轴向高度相同。

进一步的，所述的金属纳米环设置有五个，其中一个设置在金属薄膜层的中心区域处，其余四个在其周向环绕分布，通过设置金属纳米环的分布状况，可以改变吸收峰所处的波段，实现一个周期性单元的可调节性。

进一步的，所述的电介质层、保护层分别采用氧化铝、二氧化铪至少其中一种构成，所述电介质层、保护层的材料相同或不同，氧化铝、二氧化铪的热稳定性好，能够在高温环境下保障金属纳米环的尺寸稳定，避免金属纳米环发生永久变形，保障激元吸收器具有稳定的工作性能。

进一步的，所述的金属纳米环与金属薄膜层分别采用金、银和铝其中一种构成，金属纳米环与金属薄膜层的材料相同或不同，采用不同的材质能够调节吸收波长的范围以及吸收效率。