一种宽频吸波器的结构与制备方法技术

本发明专利技术提供了一种宽频吸波器的结构与制备方法，该结构包括基底层，设置在基底层上的半金字塔结构，所述半金字塔为多层金属-介质层交替叠加组合而成，且结构的尺寸在Z方向上由下往上呈梯度递减，该结构为对称结构，对称轴为金属-介质层的中心的连线。采用镀膜的方式在基底上依次镀金属-介质层，然后刻蚀出金字塔结构。结构简单：该吸波器的结构单一，便于制备。光谱容易测量：在测量阶段，8-14μm为中红外波段，根据现有设备，很容易得到该结构的透射和反射光谱，从而得到吸收谱。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成光学领域，尤其涉及宽频吸波器的结构与制备方法。
技术介绍
对特定频率的电磁波，现有吸波器的吸收带宽窄，不能在整个光谱范围内达到较高吸收。对特定频率的电磁波，现有吸波器的吸收角较小，不能在较大的角度范围内达到较高吸收。对特定频率的电磁波，现有吸波器对入射的电磁波的极化方向敏感，不能达到很好的吸收。现有吸波器按照吸收带宽可以分为窄带吸波器、多频吸波器和宽频吸波器三种。其在结构上一般采用金属-介质-金属三层结构。窄带吸波器对单频率电磁波具有很强的吸收，但由于其吸收的带宽极窄，一般只针对某一特定的频率，故其在应用上具有很大的限制性，不能在器件上得以应用。多频吸波器对某几个特定频率的电磁波具有较高的吸收，但存在较多缺陷。一般的多频吸波器其特定吸收的电磁波频率分散，不能达到连续吸收且对几个频率的吸收会相互妥协，不能兼顾，致使其吸收减弱。宽频吸波器一般采用多层设计，将几个不同的结构叠加耦合到一起，但存在的问题是结构复杂，制备困难。现有的吸波器还普遍存在吸收角度窄，且对入射电磁波的极化方向敏感，大大限制了现有吸波器的应用。
技术实现思路
针对现有吸波器的不足，为了设计制备出具有较宽吸收带、较宽入射角和对入射电磁波极化不敏感的吸波器，特提出以下半金字塔结构的吸波器以及制备方法。为了解决现有技术中问题，本专利技术提供了一种宽频吸波器的结构，该结构包括基底层，设置在基底层上的半金字塔结构，所述半金字塔为多层金属-介质层交替叠加组合而成，且结构的尺寸在Z方向上由下往上呈梯度递减，该结构为对称结构，对称轴为金属-介质层的中心的连线。作为本专利技术的进一步改进，所述介质层为低损耗红外介质材料。作为本专利技术的进一步改进，所述低损耗红外介质材料为非晶硅、锗、二氧化硅、氟化钙中的一种或几种。作为本专利技术的进一步改进，所述导电层为钛、金、银、铜、铝中的一种。作为本专利技术的进一步改进，半金字塔的上边长P1＝900±200nm，半金字塔的下边长P2＝1800±1000nm。作为本专利技术的进一步改进，半金字塔的上边长P1＝900±100nm，半金字塔的下边长P2＝1800±500nm。作为本专利技术的进一步改进，介质厚度D1在100nm和200nm内变化，厚度D2在250nm和500nm范围内变化。作为本专利技术的进一步改进，介质厚度D1在120nm和180nm内变化，厚度D2在300nm和450nm范围内变化。上述任意一项的宽频吸波器的结构的制备方法，采用镀膜的方式在基底上依次镀金属-介质层，然后刻蚀出金字塔结构。作为本专利技术的进一步改进，所述镀膜的方式为电子束蒸镀、磁控溅射、CVD中的一种，基底为硅片或玻璃片,CVD:化学气相沉积。本专利技术的有益效果是：该宽频吸波器有如下优势：宽频：该吸波器的主要吸收光谱在8-14微米，且在垂直入射时，在整个光谱内的吸收都能达到90％以上。吸收角度宽：该吸波器在0-60°入射角范围内都能达到较高吸收。极化不敏感：该吸波器在结构上为对称结构，其在吸收时极化不敏感。结构简单：该吸波器的结构单一，便于制备。光谱容易测量：在测量阶段，8-14μm为中红外波段，根据现有设备，很容易得到该结构的透射和反射光谱，从而得到吸收谱。附图说明图1是本专利技术吸波器三维结构示意图；图2是本专利技术结构的俯视图；图3是本专利技术结构的主视图、侧视图；图4是垂直入射光的吸收；图5是不同入射角下波长9μm的吸收；图6是入射波长为9μm(a)和13μm(b)时磁场场强。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步说明。在该设计中，吸波器采用半金字塔结构。该金字塔是由多层金属-介质层交替叠加组合而成。当电磁波入射到吸波器时，由于金属-介质界面处局域表面等离子体共振的作用，在吸波器的金属层中积聚电性相反的电荷，激发出金属薄膜中的电偶极子产生共振，导致局域电场增强。由于电偶极子的耦合作用，在相邻的金属层中产生磁偶极子，磁偶极子的作用又导致介质层中磁场的增强。由于金属和介质层具有不同的宽度，而不同的宽度对应不同的响应频率。当宽度越宽，对应的响应频率越低，相反，宽度越窄，对应的响应频率越高。由于金属和介质层的宽度是连续变化的，故响应频率也是连续的，从而实现吸收带宽的宽频。由于吸波器的多层设计和金字塔形状，使得该结构的吸波器的折射率能够连续过渡，从而大大抑制电磁波的反射，达到很强的吸收。由于该结构为对称结构，其对电磁波的极化方向不敏感。具体实施方案如下：在该设计中，在结构上采用金属-介质多层重复叠加，且结构的尺寸在Z方向上由下往上呈梯度递减。该结构示意图如图1所示。图中1为介质层(低损耗红外介质材料：如非晶硅、锗、二氧化硅、氟化钙等)，2为导电层(钛、金、银、铜、铝等一般金属)。理论上，如果加工工艺成熟，金字塔的层数没有限制。金字塔的层数越多，其吸收谱的范围就会越大，此处只是用四层结构作为例证，其吸收谱范围为8-14微米，随着结构层数的增多，其吸收范围会变大。金字塔上边长尺寸减小，吸收的波长相应向更短波长扩展，金字塔下边长尺寸增加，吸收的波长相应向更长波长扩展。当金字塔的上边长越小，其对应吸收波长向更短波长扩展；当金字塔的下边长越大，其对应吸收波长相应向更长波长扩展。此处，用图1的四层结构作为例证说明该结构的有效性。由于结构采用多层设计且每层的金属和介质层的宽度不同，所以其对应有不同的磁响应和电响应频率。宽度越小对应的响应频率越高，宽度越大对应的响应频率越低。通过将宽度逐渐增加的多层金属-介质层叠加在一起，就能得到在特定波段内的宽频吸收。另外，由于该设计的半金字塔结构采用多层金属-介质层，折射率在Z方向上连续过渡，故该多层结构也相当于反透射层，其在另一角度也增加了该宽频吸波器的吸收。该结构的几何示意图如图2、图3所示。图2结构的俯视图中，其中结构尺寸P＝2000±1000nm，金字塔的上边长P1＝900±200nm，金字塔的下边长P2＝1800±1000nm。厚度D的可调控范围非常广泛，理论上只要D的厚度比其对应的趋肤深度厚就可以。厚度D1和D2厚度也可在很大的范围内变动，其中D1可在100nm和200nm内变化，D2可在250nm和500nm范围内变化而不影响吸收。如图4所示，当电磁波垂直入射时，在整个特定光谱范围内其吸收都达到90％以上。在整个光谱范围内呈一个完整平滑的吸收峰。当电磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宽频吸波器的结构，其特征在于：该结构包括基底层，设置在基底层上的半金字塔结构，所述半金字塔为多层金属‑介质层交替叠加组合而成，且结构的尺寸在Z方向上由下往上呈梯度递减，该结构为对称结构，对称轴为金属‑介质层的中心的连线。

【技术特征摘要】
1.一种宽频吸波器的结构，其特征在于：该结构包括基底层，设置在基底
层上的半金字塔结构，所述半金字塔为多层金属-介质层交替叠加组合
而成，且结构的尺寸在Z方向上由下往上呈梯度递减，该结构为对称结
构，对称轴为金属-介质层的中心的连线。
2.根据权利要求1所述的宽频吸波器的结构，其特征在于：所述介质层为
低损耗红外介质材料。
3.根据权利要求2所述的宽频吸波器的结构，其特征在于：所述低损耗红
外介质材料为非晶硅、锗、二氧化硅、氟化钙中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的宽频吸波器的结构，其特征在于：所述导电层为
钛、金、银、铜、铝中的一种。
5.根据权利要求1所述的宽频吸波器的结构，其特征在于：半金字塔的上
边长P1＝900±200nm，半金字塔的下边长P2＝1800±1000nm。
6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖淑敏，刘佳，宋清海，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东;44