[发明专利]一种远红外光层状传感器及制备方法

说明书

本发明提供了一种远红外光层状传感器及制备方法，传感器包括：上层纳米天线结构、下层纳米天线结构、二维半导体材料和基底；下层纳米天线结构设置在基底上，二维半导体材料设置在下层纳米天线结构上，上层纳米天线结构设置在二维半导体材料上；上层纳米天线结构中的第一纳米天线与下层纳米天线结构中的第二纳米天线不对齐，且存在投影重叠区域。本发明将二维半导体材料设置在上层纳米天线结构和下层纳米天线结构之间，通过选择不同厚度的二维半导体材料，可以较为容易地获得纳米级以及亚纳米级不同间隙的传感器，能够批量化获得10nm下不同间隙的金属阵列结构。

技术领域

本发明涉及传感器制备技术领域，特别是涉及一种远红外光层状传感器及制备方法。

背景技术

局部等离子增强有效范围在10-20nm范围内，且增强程度随金属间隙的减小呈现指数关系的增长。因此，通过制备具有小间隙的金属阵列有助于获得较高的局部等离子增强效应，从而提高制备器件的灵敏度、光响应度以及分辨率。此效应可用于不同功能器件的制备与应用，例如：光学通信、疾病诊断、化学检测、光捕捉以及能量收集。

为获得具有小间隙的金属阵列，传统的加工方式(如UV光刻、电子束光刻以及纳米压印)受到加工极限的约束，现有加工技术加工极限在10nm左右，无法批量化制备10nm以下小间隙纳米天线结构。因此，如何在传统加工方法的基础上，通过改变纳米天线的结构形式，批量化制备10nm以下不同间隙的纳米天线结构成为本领域亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种远红外光层状传感器及制备方法，以实现批量化制备纳米级以及亚纳米级不同间隙的纳米天线结构。

为实现上述目的，本发明提供了一种远红外光层状传感器，所述传感器包括：

上层纳米天线结构、下层纳米天线结构、二维半导体材料和基底；所述下层纳米天线结构设置在所述基底上，所述二维半导体材料设置在所述下层纳米天线结构上，所述上层纳米天线结构设置在所述二维半导体材料上；所述上层纳米天线结构中的第一纳米天线与所述下层纳米天线结构中的第二纳米天线不对齐，且存在投影重叠区域。

可选地，所述传感器还包括：

第一引出电路和第二引出电路，所述第一引出电路和所述第二引出电路分别设置在所述二维半导体材料两侧，且对应设置；电源分别与所述第一引出电路和所述第二引出电路连接，所述电源用于给所述第一引出电路和所述第二引出电路施加驱动电压。

可选地，所述上层纳米天线结构包括至少1个上层纳米天线阵列；所述上层纳米天线阵列包括至少1个第一纳米天线；所述下层纳米天线结构包括至少1个下层纳米天线阵列；所述下层纳米天线阵列包括至少1个第二纳米天线。

可选地，当所述上层纳米天线结构中包括多个所述上层纳米天线阵列时，多个所述上层纳米天线阵列以阵列方式设置在所述二维半导体材料上；当所述下层纳米天线结构中包括多个所述下层纳米天线阵列时，多个所述下层纳米天线阵列以阵列方式设置在所述基底上。

可选地，所述上层纳米天线阵列中每个所述第一纳米天线与所述下层纳米天线阵列中多个所述第二纳米天线至少有一个不对齐，且至少存在一个投影重叠区域。

可选地，所述第一纳米天线和所述第二纳米天线为金属材料。

可选地，所述金属材料为金或银。

可选地，所述二维半导体材料为二硫化钼、石墨烯或黑鳞。

本发明还提供一种远红外光层状传感器制备方法，所述方法用于制备上述传感器，所述方法包括：

步骤S1：清洗基底，并采用电子束光刻技术完成涂胶、电子束光刻、显影、下层纳米天线结构沉积以及去胶过程；

步骤S2：判断所述下层纳米天线结构是否制备完好；如果制备完好，则执行“步骤S3”；如果制备破损，则返回“步骤S1”；