[发明专利]一种宽波段完美吸收的多层结构

说明书

本发明提出了一种在宽波段具有完美吸收的吸收体结构。该结构在衬底上依次沉积绝缘层层1、金属层层2、绝缘层层3、金属层层4、绝缘层层5并最上层上添加了十字形纳米柱结构。通过合理设计各层厚度与十字形纳米柱的大小，该结构对于波段在300nm～2000nm区间可以实现全波段的完美吸收现象，从而具有一定的优势。并且该结构具有制作简单、采用的材料都是耐高温材料，可以运用在较高温环境下运行的设备中、也可与运用在太阳能热光伏系统的吸收层。

技术领域

该发明属于实现宽波段完美吸收的纳米结构领域，可以用在太阳能热光伏系统的吸收层

背景技术

宽波段或窄波段完全吸收对于许多光子应用是重要的。相对而言，窄带完全吸收相对容易实现，因为可以利用各种光学现象来实现对特定波长的光子的限制。但是如果可以设计出在可见光和近红外波段达到宽波段理想吸收的吸收体，因其能在太阳能收集、热光伏能转换、热成像和发射率控制等方面的有着重要运用，是非常有意义的。薄膜光学理想吸收体能够完全吸收特定波段的入射光，在较宽的波长范围内不会产生任何反射，在传感、可控热发射、太阳能热光伏系统等科学技术领域越来越受到人们的青睐。但由于目前在自然界没有太多的天然材料可以用来吸收大波长的光，仅利用这些材料建造理想吸收体较难。因此将在几个相邻频率的各种强谐振腔混合在一起是增加吸收带宽的一种直接而有效的方法。此外人们根据不同的机制设计了宽波段理想吸收体，包括阻抗匹配、利用纳米柱结构和晶格散射效应等。这些宽波段完美吸收器可以通过利用具有某些图案化结构的金属-介电叠层来实现的，其中贵金属金通常被使用，但是采用贵金属来制备获得完美吸收器无疑会增加器件制造成本。除此之外通过将纳米柱结构与光学薄膜相耦合在宽波段达到较高吸收也是可行的，并且鉴于现在的制造技术而言也并非难事。

为此本发明提出了一种新的吸收体结构，采用较低成本的耐熔性材料及介质材料，通过设计结构能达到超宽波段的完美吸收，并且在制作工艺上也没有难点。

发明内容

本发明主要针对吸收体等光学器件，提出了一种在宽波段能实现完美吸收的多层结构。通过保持基底、绝缘层、金属层不变，改变十字形纳米柱的大小、数量等，实现在宽波段的不同吸收效率要求。

本发明采用的技术方案是：

一种具有宽波段完美吸收的多层结构，其特征在于该结构由十字形纳米柱结构和基底、绝缘层1、金属层2、绝缘层3、金属层4、绝缘层5组成组成，其中十字形纳米柱阵列小单元由多种具有不同尺寸的十字形纳米柱组合构成。

作为优选，所述的一种具有宽波段完美吸收的多层结构其十字形纳米柱的材料为Al,Cr,Ti,Mo,Ta中的一种。

作为优选，所述的一种具有宽波段完美吸收的多层结构其十字形纳米柱阵列小单元中的十字形纳米柱高度分别为H₁、H₂,……,H_N，且100nm≤H_N≤300nm。

作为优选，所所述的一种具有宽波段完美吸收的多层结构其十字形纳米柱阵列小单元的周期长为P_x,宽度为P_y,且50nm≤P_x≤100nm,40nm≤P_y≤110nm。

作为优选，所述的一种具有宽波段完美吸收的多层结构其绝缘层1为SiO₂、TiO₂、Al₂O₃、ZrO₂中的一种，其厚度在100nm～200nm之间。

作为优选，所述的一种具有宽波段完美吸收的多层结构其金属层2为Al,Cr,Ti,Ni,Au,Ag,Cu,Pt中的一种，其厚度在10nm～20nm之间。