一种微纳器件及其制备方法技术

本申请红外技术领域，特别是涉及一种微纳器件及其制备方法。目前实现等离激元材料在特定红外波段辐射的器件通常采取的方案，限制了器件的实用特性。本申请提供了一种微纳器件，包括衬底，所述衬底上设置有有机半导体二极管器件，所述有机半导体二极管器件包括相对设置的导电氧化物电极和金属电极，所述导电氧化物电极和所述金属电极之间设置有功能层，在第一方向上，所述功能层包括电子传输层、有机半导体层和空穴传输层，所述第一方向为由所述导电氧化物电极指向所述金属电极的方向，所述金属电极上设置有微纳结构。快速、可靠地在已制备的基于等离激元的红外吸收器件上实现红外吸收能力对可见光敏感。收能力对可见光敏感。收能力对可见光敏感。

【技术实现步骤摘要】
一种微纳器件及其制备方法


[0001]本申请红外
，特别是涉及一种微纳器件及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着科学发展和技术的进步，红外技术在军事和民用方面得到越来越广泛的应用，如红 外隐身、军事成像、医疗检测、辐射制冷等。然而由于传统红外吸收材料在材料、结构等方 面的限制，使得红外器件的吸收波长、吸收峰宽度、幅度、偏振等特性都相对固定，难以针 对实际应用背景实现设计调控。而对于微纳结构，基于等离激元共振及FP腔谐振等效应，通 过改变器件的材料，结构和尺寸，可以改变器件的红外吸收与辐射特性，甚至在同一器件基 础上实现不同的红外应用，加强可调控微纳红外辐射器件研究对于军事侦察、红外隐身、夜 间成像、医疗检测、节能环保等方面具有重大意义。目前研发的基于等离激元效应的红外吸 收器件的红外吸收与辐射特性研究主要集中在改变器件尺寸与结构方面，通过再设计、再加 工静态地改变微纳器件的红外吸收特性，难以满足实时动态调控红外吸收特性的需求，例如 在多变环境下，红外隐身要求器件与背景环境热辐射通量一致，热辐射调控则要求器件辐射 率随温度变化实时变化，为了实现微纳红外器件测自发调控，需要器件等离激元特性随外界 环境发生相应变化。在金属纳米结构中，表面等离激元共振特性与金属介电函数直接相关， 同时，与系统外部环境的介电函数也相关，因此动态调节金属微纳结构的等效介电函数或环 境介电函数都可以实现微纳红外器件的实时调控。
[0003]目前开展的实时调控技术主要包括：1、磁可调介质超材料，铁氧体作为一种亚铁磁性金 属氧化物，在外加电场下可以发生铁磁共振，实现负磁导率，从而实现微纳器件的磁调控；2、 电可调介质超材料，通过外加电场实现石墨烯费米能级调控或通过外加电场调控液晶材料排 列状态(液晶材料通电时排列有秩序，不通电时排列混乱)实现微纳器件磁调控；3、温度可 调介质超材料，在微纳器件引入相变材料，典型的如VO2，其在371K以下表现为电介质特 性，高于371K时表现出金属特性，相变温度附近介电函数发生剧烈变化，从而实现微纳器 件温度调控；4、力学可调介质超材料，对器件进行拉伸或弯折，改变金属单元间耦合效应， 从而实现微纳器件力学调控。
[0004]为了实现特定波段红外辐射的窄带吸收，突破传统材料难以设计调控的问题，具有等离 激元效应的超材料被广泛应用于微纳红外吸收器件。目前基于等离激元效应的红外吸收器件 强烈依赖于通过结构的人工设计实现电磁参数的调控，这造成超材料结构的电磁特性有特定 的频带范围和幅值，超过这个范围，电磁特性会减弱，如果需要改变器件的红外吸收特性， 必须重新设计制造超材料的结构才能获得满足要求的电磁特性，限制了器件的实用特性。

技术实现思路

[0005]1.要解决的技术问题
[0006]基于目前实现动态调控等离激元材料和器件通常采取的方案，改变材料金属微纳
结构的 等效介电常数，动态调节器件外部环境的介电函数，动态调节结构中的耦合效应。为了实现 特定波段红外辐射的窄带吸收，突破传统材料难以设计调控的问题，具有等离激元效应的超 材料被广泛应用于微纳红外吸收器件。目前基于等离激元效应的红外吸收器件强烈依赖于通 过结构的人工设计实现电磁参数的调控，这造成超材料结构的电磁特性有特定的频带范围和 幅值，超过这个范围，电磁特性会减弱，如果需要改变器件的红外吸收特性，必须重新设计 制造超材料的结构才能获得满足要求的电磁特性，限制了器件的实用特性。本申请提供了一 种微纳器件及其制备方法。
[0007]2.技术方案
[0008]为了达到上述的目的，本申请提供了一种微纳器件，包括衬底，所述衬底上设置有有机 半导体二极管器件，所述有机半导体二极管器件包括相对设置的导电氧化物电极和金属电极， 所述导电氧化物电极和所述金属电极之间设置有功能层，在第一方向上，所述功能层包括电 子传输层、有机半导体层和空穴传输层，所述第一方向为由所述导电氧化物电极指向所述金 属电极的方向，所述金属电极上设置有微纳结构。
[0009]本申请提供的另一种实施方式为：所述微纳结构为带有一维光栅阵列或者二维圆盘阵列 的周期性微纳结构。
[0010]本申请提供的另一种实施方式为：所述衬底为ITO导电玻璃，所述电子传输层为ZnO电 子传输层，所述空穴传输层为MoO3空穴传输层。
[0011]本申请提供的另一种实施方式为：所述有机半导体层的厚度能够调节。
[0012]本申请还提供一种所述微纳器件的制备方法，所述方法包括：(1)将预溅射有导电氧化 物的衬底依次置于丙酮、乙醇和超纯水中分别超声清洗并吹干；(2)在衬底表面制备电子传 输层，并在热台上进行退火处理；(3)在所述电子传输层表面制备有机半导体层，并进行退 火处理；(4)在所述有机半导体层表面制备空穴传输层；(5)在空穴传输层表面制备金属 电极；(6)在所述金属电极上制备微纳图案阵列；(7)将制备好的微纳器件置于红外显微 镜下，采集红外吸收光谱。
[0013]本申请提供的另一种实施方式为：所述步骤(2)中采用旋涂工艺，以ZnO异丙醇分散 液为原料，在衬底表面制备ZnO电子传输层。
[0014]本申请提供的另一种实施方式为：所述步骤(3)中采用旋涂工艺制备有机半导体层。
[0015]本申请提供的另一种实施方式为：所述步骤(4)中在所述有机半导体层表面采用热蒸镀 方法制备MoO3空穴传输层；所述步骤(5)中在所述MoO3空穴传输层表面采用热蒸镀工艺 制备Ag金属电极。
[0016]本申请提供的另一种实施方式为：所述步骤(6)中采用聚焦离子束刻蚀工艺，在金属电 极上制备具有周期结构的微纳图案阵列。
[0017]本申请提供的另一种实施方式为：所述步骤(7)中将制备好的微纳器件置于红外显微镜 下，在暗室中采集红外吸收光谱，采集面积100μm*100μm；用500nm波长光束照射样品背 面，在暗室中采集样品红外吸收光谱。
[0018]3.有益效果
[0019]与现有技术相比，本申请提供的微纳器件及其制备方法的有益效果在于：
[0020]本申请提供的微纳器件，快速、可靠地在已制备的基于等离激元的红外吸收器件
上实现 红外吸收能力对可见光敏感。
[0021]本申请提供的微纳器件，为具有磁场可调、电场可调、力学可调、温度可调的微纳器件。
[0022]本申请提供的微纳器件，为一种可见光调控的微纳红外吸收器件。
[0023]本申请提供的微纳器件，将金属等离激元现象与有机半导体器件有机结合，在可见光照 射条件下，有机半导体层产生光吸收，并将载流子注入金属中，改变其红外吸收特性。
[0024]本申请提供的微纳器件制备方法，解决了基于等离激元效应的微纳红外吸收器一旦设计 制造定型，红外吸收特性难以改变的问题，并在目前存在的电可调、磁可调、温度可调、力 学可调微纳红外吸收器基础上，提出了可见光调控的微纳红外吸收器，提供了新的调控手段。
附图说明
[0025]图1是本申请本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微纳器件，其特征在于：包括衬底，所述衬底上设置有有机半导体二极管器件，所述有机半导体二极管器件包括相对设置的导电氧化物电极和金属电极，所述导电氧化物电极和所述金属电极之间设置有功能层，在第一方向上，所述功能层包括电子传输层、有机半导体层和空穴传输层，所述第一方向为由所述导电氧化物电极指向所述金属电极的方向，所述金属电极上设置有微纳结构。2.如权利要求1所述的微纳器件，其特征在于：所述微纳结构为带有一维光栅阵列或者二维圆盘阵列的周期性微纳结构。3.如权利要求1所述的微纳器件，其特征在于：所述衬底为ITO导电玻璃，所述电子传输层为ZnO电子传输层，所述空穴传输层为MoO3空穴传输层。4.如权利要求1～3中任一项所述的微纳器件，其特征在于：所述有机半导体层的厚度能够调节。5.一种如权利要求1～4中任一项所述微纳器件的制备方法，其特征在于：所述方法包括：(1)将预溅射有导电氧化物的衬底依次置于丙酮、乙醇和超纯水中分别超声清洗并吹干；(2)在衬底表面制备电子传输层，并在热台上进行退火处理；(3)在所述电子传输层表面制备有机半导体层，并进行退火处理；(4)在所述有机半导体层表...

【专利技术属性】
技术研发人员：李佳，刘志锴，姚智奇，喻学锋，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：