基于纳米盘阵列结构的光学超材料吸收器制造技术

技术编号:15188159 阅读:110 留言:0更新日期:2017-04-19 12:43
一种基于纳米盘阵列结构的光学超材料吸收器,包括玻璃衬底,其特征是在玻璃衬底上依次沉积氮化钛薄膜、氧化铟锡薄膜和阵列的盘状氮化钛纳米盘,所述的氮化钛薄膜的厚度t3的取值范围不小于200nm,氧化铟锡薄膜的厚度t2的取值范围为45nm‑55nm,氮化钛nm盘的厚度t1的取值范围为40nm‑60nm,所述的氮化钛纳米盘的中心间距P的取值范围为450nm‑550nm,纳米盘的直径d的取值范围为240nm‑320nm。本发明专利技术超材料吸收器具有吸收效率高,结构简单等优点,在550nm到650nm的波段范围的平均吸收率大于95%。可以应用于生物传感器,探测器和光伏器件等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及吸收器,特别是一种基于纳米盘阵列结构的光学超材料吸收器。
技术介绍
超材料是指一些具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。通过在材料的关键物理尺度上的结构有序设计,可以突破某些表观自然规律的限制,从而获得超出自然界固有的普通性质的超常材料功能。超材料在电磁波吸收器的相关领域受到了越来越多的关注与研究,电磁吸收器是一种可以抑制电磁能量的反射与折射的装置。电磁吸收器的主要原理是通过设计等效电磁参数来获得特定电磁吸收属性。这种超材料吸收器具有吸收效率高,结构简单等优点,可以应用于生物传感器、探测器和光伏器件等。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于纳米盘阵列结构的超材料吸收器,该超材料吸收器工作在560nm到675nm的波段范围的平均吸收率大于95%。本专利技术的技术解决方案如下:一种基于纳米盘阵列结构的光学超材料吸收器,包括玻璃衬底,其特点是在玻璃衬底上依次沉积氮化钛薄膜、氧化铟锡薄膜和阵列的盘状氮化钛纳米盘,所述的氮化钛薄膜的厚度t3的取值范围为不小于200nm,氧化铟锡薄膜的厚度t2的取值范围为45nm-55nm,氮化钛nm盘的厚度t1的取值范围为40nm-60nm,所述的氮化钛纳米盘的中心间距P的取值范围为450nm-550nm,纳米盘的直径d的取值范围为240nm-320nm。请补充本专利技术的技术效果:本专利技术超材料吸收器工作在560nm到675nm的波段范围的平均吸收率大于95%。这种超材料吸收器具有吸收效率高,结构简单等优点,可以应用于生物传感器、探测器和光伏器件等。附图说明图1是本专利技术超材料吸收器的吸收单元的俯视图。图2是本专利技术超材料吸收器的俯视图。图3图是本专利技术超材料吸收器的吸收单元的剖面图。图4是本专利技术超材料吸收器实施例1的透射曲线。图5是本专利技术超材料吸收器实施例1的反射曲线。图6是本专利技术超材料吸收器实施例1的吸收曲线。图7是本专利技术超材料吸收器实施例2的吸收曲线。图8是本专利技术超材料吸收器实施例3的吸收曲线。图9是本专利技术超材料吸收器实施例4的吸收曲线。图10是本专利技术超材料吸收器实施例5的吸收曲线。具体实施方式实施例1在本专利技术中,吸收结构设计在以玻璃为支撑的衬底基片上,衬底上第一层为连续氮化钛TiN薄膜,第二层氧化铟锡薄膜ITO层,顶层为盘状氮化钛TiN膜层。如图3所示。如图1所示,吸收单元的边长p约500nm;顶层氮化钛纳米盘的半径r约为150nm。依照上述单元结构形成阵列结构,如图2所示,纳米盘与纳米盘之间的间距为p,吸收单元的剖面图如图3所示,第一层TiN薄膜为,厚度t3=200nm。第二层为ITO薄膜,厚度t2=55nm。顶层氮化钛纳米盘的厚度为t1=50nm。纳米盘的圆心与正方形单元的中心重合。通过有限时域差分方法计算获得反射率、透射率,由A=1-R-T计算得到吸收率曲线。图4为nm盘阵列吸收器的透射曲线,图5为纳米盘吸收器的反射曲线,图6位纳米盘吸收器的吸收曲线。由上述曲线可以看出,在657nm处具有完美吸收,在560nm到675nm的波段范围的平均吸收率大于98%,获得了一个宽频吸收效果。实施例2本实施例在实施例1的基础上,改变顶层氮化钛纳米盘的厚度,分别为40nm和60nm时的器件吸收曲线,如图7所示。在40-60nm的顶层氮化钛纳米盘的厚度条件下,550nm-650nm波长内平均吸收率大于95%。实施例3本实施例在实施例1的基础上,改变第二层氧化铟锡薄膜ITO层的厚度,分别为45nm和55nm时的器件吸收曲线,如图8所示。在45-55nm的第二层氧化铟锡薄膜ITO层的厚度条件下内,550nm-650nm波长内平均吸收率大于95%。实施例4本实施例在实施例1的基础上,改变顶层氮化钛纳米盘的直径d,分别为240nm和320nm时的器件吸收曲线,如图9所示。在顶层氮化钛纳米盘的直径d为240nm和320nm的条件下,550nm-650nm波长内平均吸收率大于95%。实施例5本实施例在实施例1的基础上,改变吸收单元的边长p,分别为450nm和550nm时的器件吸收曲线,如图10所示。在吸收单元的边长p为450nm和550nm的条件下,550nm-650nm波长内平均吸收率大于95%。本文档来自技高网...
基于纳米盘阵列结构的光学超材料吸收器

【技术保护点】
一种基于纳米盘阵列结构的光学超材料吸收器,包括玻璃衬底,其特征是在玻璃衬底上依次沉积氮化钛薄膜、氧化铟锡薄膜和阵列的盘状氮化钛纳米盘,所述的氮化钛薄膜的厚度t3的取值范围为不小于200nm,氧化铟锡薄膜的厚度t2的取值范围为45nm‑55nm,氮化钛nm盘的厚度t1的取值范围为40nm‑60nm,所述的氮化钛纳米盘的中心间距P的取值范围为450nm‑550nm,纳米盘的直径d的取值范围为240nm‑320nm。

【技术特征摘要】
1.一种基于纳米盘阵列结构的光学超材料吸收器,包括玻璃衬底,其特征是在玻璃衬底上依次沉积氮化钛薄膜、氧化铟锡薄膜和阵列的盘状氮化钛纳米盘,所述的氮化钛薄膜的厚度t3的取值范围为不小于200nm,氧化铟锡薄膜的...

【专利技术属性】
技术研发人员:王建国朱美萍孙建易葵邵建达
申请(专利权)人:中国科学院上海光学精密机械研究所
类型:发明
国别省市:上海;31

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