[发明专利]一种热控多波带锑化铟完美吸波体及其应用

说明书

本发明公开了一种热控多波带完美吸波体及其应用，整体结构自上而下由三层构成。上层是周期性排列的方括号锑化铟阵列，中间层是SiO₂介质，下层是金属层。室温下，通过合理设定单元结构的几何参数可以同时实现3个完美吸收峰。本发明图形结构简单，完美吸收峰的个数可从2个自由调谐到5个。利用半导体锑化铟材料对温度的敏感特性，温度升高可使吸收峰整体表现出明显的红移。该结构具有较高的温度灵敏度（22 GHz/K），较小的半高宽FWHM（0.06 THz）和较高的折射率灵敏度(287 GHz/RIU)。这种热控多波带锑化铟完美吸波体在热控滤波、热生物传感、热成像和探测等方面具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于太赫兹波段的可调完美吸波技术领域，具体涉及一种实现热控多波带锑化铟完美吸波体及其应用。

背景技术

完美吸波体是一种能够完全吸收入射电磁波的吸波装置，在光学传感器、光学天线和热发射器等方面存在广泛的应用，其工作机理主要为电磁共振理论。自2008年提出完美吸收体之后引起国内外学者广泛的研究。到目前为止，已经设计了金属条带、分裂环、闭合环，交叉金属棒等图案谐振器实现完美吸波。但是，这些设计都是无法动态调控的。

锑化铟是一种带隙窄、有效质量小、电子迁移率高的III-V二元化合物半导体。除此之外，它是一种工作在太赫兹范围内的磁光半导体材料，其介电常数可随环境温度、入射光角度或外加磁场灵活调制，经常被用来设计异质结。例如，Fan等人首先将功能性材料锑化铟引入太赫兹电浆子晶体中，通过十字形沟槽周期性阵列和B形孔状结构实现了高可调谐性。然而，用一个简单的设计来获得可调共振吸收峰个数的研究很少被报道。

本发明的完美吸收峰由于磁共振的激发及该结构的等效阻抗与外部环境的阻抗相匹配，在共振峰频率处均能实现100％的完美吸收，通过优化结构参数，吸收峰数目可以实现2到5个自由调谐，具有非常高的温度灵敏度，较小的FWHM和较高的折射率灵敏度，因此，简化的几何设计使其在热控滤波、热生物传感等相关领域有着更为广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实现热控锑化铟多波带完美吸波体，同时提供其应用是本发明的又一发明目的。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种热控多波带锑化铟完美吸波体，包括从上到下依次排布的锑化铟图案层、二氧化硅中间介质层、金属基底层，所述锑化铟图案层由结构单元周期性排列构成，所述结构单元为方括号形状体，改变方括号形状体的参数以实现锑化铟完美吸收峰从2个自由调谐到5个，可改变参数包括左侧方括号形状体的侧边宽度w₁、左侧方括号形状体上下两边从内侧边凸出的宽度w₂、右侧方括号形状体的侧边宽度w₃、右侧方括号形状体上下两边从内侧边凸出的宽度w₄、方括号形状体内侧边到中心轴的距离d中的一个。

优选的，左侧方括号形状体的侧边宽度w₁＝5μm～9μm，左侧方括号形状体上下两边从内侧边凸出的宽度w₂＝3μm～5μm，右侧方括号形状体的侧边宽度w₃＝5μm～9μm，右侧方括号形状体上下两边从内侧边凸出的宽度w₄＝3μm～5μm，方括号形状体内侧边到中心轴的距离d＝5.4μm～7.4μm。

优选的，锑化铟图案层的结构单元的左侧方括号形状体的侧边宽度w₁、左侧方括号形状体上下两边从内侧边凸出的宽度w₂、右侧方括号形状体的侧边宽度w₃、右侧方括号形状体上下两边从内侧边凸出的宽度w₄的参数设置为w₁＝w₂＝w₃＝w₄＝5μm，方括号形状体内侧边到中心轴的距离d＝7.4μm以实现产生3个100％的完美吸收峰。