一种中长波红外偏振探测器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种中长波红外偏振探测器及其制备方法，探测器具备如下器件结构：硅衬底上覆盖有

【技术实现步骤摘要】
一种中长波红外偏振探测器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及红外探测
，尤其涉及一种中长波红外偏振探测器及其制备方法
。

技术介绍

[0002]Te
纳米线是一种新兴的元素范德华
(vdWs)
半导体，具有许多有趣的光电性质，在新型光电探测器件中显示出巨大应用潜力
。
准一维
Te
纳米线的本征结构具有各向异性，其中红外及太赫兹波段呈现出偏振相关光响应的特点
(Xin Wei,Shiyao Wang,Nannan Zhang,Yubin Li,Yue Tang,Hongmei Jing,Jiangbo Lu,Zhuo Xu,Hua Xu.Single
‑
Orientation Epitaxy of Quasi
‑
1DTellurium Nanowires on M
‑
Plane Sapphire for Highly Uniform Polarization Sensitive Short
‑
Wave Infrared Photodetection.Advanced Functional Materials,2023.https://doi.org/10.1002/adfm.202300141.)。
使用化学气相沉积法或物理气相沉积法，通过控制合适的制备条件，可获得单取向的
Te
纳米线
。
然而由于
Te
纳米线的面积小
、
与红外光子的耦合作用较弱，因此难以直接实现中长波红外的探测
。
[0003]基于超表面
(
超材料
)
的谐振吸收是解决热探测中红外吸收难题的重要手段之一
。Landy
等人提出了第一个基于超材料的在微波波段近完美吸收器，通过电场和磁场共振便可调控入射光在该结构之间的吸收
(Landy N.,Sajuyigbe S.,Mock J.,et al.,Perfect metamaterial absorber.Physical Review Letters,2008.100:207402.)。
随着研究深入，超材料吸收器结构逐渐拓展至太赫兹和红外波段，偏振和入射角度不敏感的近完美吸收得以实现
。
[0004]目前红外波段吸收器已有多种方法可实现，一种典型的方式是制作连续底部金属膜
‑
介质层
‑
周期顶部金属结构的磁共振吸收腔
。
例如，
Willie J.Padilla
等人设计了底金属
‑
介质层
‑
十字叉丝的超材料红外吸收结构
(Liu X.L.,Starr T.,Starr A.F.,et al.,Infrared Spatial and Frequency Selective Metamaterial with Near
‑
Unity Absorbance.Physical Review Letters,2010.104,207403.)。
实验制作的近完美吸收结构反射效果表明，该超材料结构能够实现对入射单频红外光
(
～6μ
m)
的近完美吸收
。Patrick Bouchon
等人提出了四个超表面结构单元集成的超材料结构，不同尺寸的子单元可以对应实现相应频率的高吸收，而当四个子单元同时存在时，就可以实现四个吸收峰的叠加，得到一个完整的宽波段吸收光谱
(Bouchon P.,Koechlin C.,Pardo F.,et al.Wideband omnidirectional infrared absorber with a patchwork of plasmonic nanoantennas.Optics Letters,2012.37(6):1038
‑
1040.)。
[0005]锰钴镍氧材料在3～
14
μ
m
波段具有较小的光学色散
(n
值较为稳定
)
，可以用于金属
‑
介质层
‑
顶部周期金属的磁共振吸收结构的设计
(Dannenberg,R.,et al.,Infrared optical properties of Mn1.56Co0.96Ni0.48O4 spinel films sputter deposited in an oxygen partial pressure series.Journal of Applied Physics,1999.86(5):
p.2590
‑
2601.)。
[0006]本专利设计了一种基于锰钴镍氧磁共振吸收微桥及
Te
纳米线的红外敏感元结构，并应用于中长波红外偏振探测器研制中，将解决中长波红外器件偏振探测选择比低
、
室温工作灵敏度差的问题
。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供了一种中长波红外偏振探测器，具有响应灵敏
、
可实现自供电等优点，对8～
14
μ
m
大气窗口波段红外光范围的窄带吸收达
90
％以上
。
[0008]本专利技术的技术方案如下：
[0009]一种中长波红外偏振探测器，所述的探测器具备如下器件结构：
[0010]硅衬底上覆盖有
SiO2介质层，
SiO2介质层上设有第一锰钴镍氧薄膜台面和第二锰钴镍氧薄膜台面；
[0011]第一锰钴镍氧薄膜台面与
SiO2介质层之间设有
Ti/Au
底反射层及延展电极，第一锰钴镍氧薄膜台面上设有
Cr/Au
周期性金属方盘阵列，所述的
Cr/Au
周期性金属方盘阵列的四周设有
Cr/Au/Cr
环状顶电极；
[0012]第二锰钴镍氧薄膜台面上设有
Ti/Au/Ti
侧边延展金电极；
[0013]所述的
Cr/Au/Cr
环状顶电极与
Ti/Au/Ti
侧边延展金电极之间以自支撑方式搭附有
Te
纳米线；
[0014]Ti/Au
底反射层及延展电极与
Ti/Au/Ti
侧边延展金电极连接有电学引线；
[0015]所述的硅衬底上制备有硅微桥，所述的硅微桥位于第一锰钴镍氧薄膜台面的下方
。
[0016]本专利技术的探测器通过
Ti/Au
底反射层
‑
锰钴镍氧薄膜台面
‑
Cr/Au
周期性金属方盘阵列的磁共振吸收结构，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种中长波红外偏振探测器，其特征在于，所述的探测器具备如下器件结构：硅衬底上覆盖有
SiO2介质层，
SiO2介质层上设有第一锰钴镍氧薄膜台面和第二锰钴镍氧薄膜台面；第一锰钴镍氧薄膜台面与
SiO2介质层之间设有
Ti/Au
底反射层及延展电极，第一锰钴镍氧薄膜台面上设有
Cr/Au
周期性金属方盘阵列，所述的
Cr/Au
周期性金属方盘阵列的四周设有
Cr/Au/Cr
环状顶电极；第二锰钴镍氧薄膜台面上设有
Ti/Au/Ti
侧边延展金电极；所述的
Cr/Au/Cr
环状顶电极与
Ti/Au/Ti
侧边延展金电极之间以自支撑方式搭附有
Te
纳米线；
Ti/Au
底反射层及延展电极与
Ti/Au/Ti
侧边延展金电极连接有电学引线；所述的硅衬底上制备有硅微桥，所述的硅微桥位于第一锰钴镍氧薄膜台面的下方
。2.
根据权利要求1所述的中长波红外偏振探测器，其特征在于，第一锰钴镍氧薄膜台面与第二锰钴镍氧薄膜台面的间距为5‑
10
μ
m。3.
根据权利要求1所述的中长波红外偏振探测器，其特征在于，膜台面的边长为
40
‑
100
μ
m
；
Cr/Au
周期性金属方盘的周期为8μ
m
，周期数为
(5
×
5)
‑
(12
×
12)
，边长为
2.8
‑4μ
m。4.
根据权利要求1‑3任一项所述的中长波红外偏振探测器，其特征在于，第一锰钴镍氧薄膜台面的厚度为
1.5
‑2μ
m。5.
根据权利要求1所述的中长波红外偏振探测器，其特征在于，所述的
SiO2介质层厚度为
300nm
；
Ti/Au
底反射层及延展电极中，
Ti
膜层与
Au
膜层的厚度分别为
30nm
与
100nm
；
Cr/Au
周期性金属方盘中，
Cr
膜层与
Au
膜层的厚度分别为
20nm
与
80nm
；
Cr/Au/Cr
环状顶电极中，
Cr
膜层
、Au
膜层与
Cr
膜层的厚度分别为
30nm、100nm
与
30nm
；
Ti/Au/Ti
侧边延展金电极中，
Ti
膜层
、Au
膜层与
Ti
膜层的厚度分别为
30nm、100nm
与
30nm。6.
根据权利要求1所述的中长波红外偏振探测器，其特征在于，所述的
Te
纳米线的长度为
20
‑
30
μ
m。7.
根据权利要求1所述的中长波红外偏振探测器，其特征在于，第一锰钴镍氧薄膜台面的厚度为
1.5
μ
m
，第一锰钴镍氧薄膜台面与第二锰钴镍氧薄膜台面的间距为5μ
m
，第一锰钴镍氧薄膜台面的边长为
40
μ
m
，
Cr/Au
周期性金属方盘的周期为8μ
m
，
Cr/Au
周期性金属方盘的周期数为5×5，
Cr/Au
周期...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄志明，陈世杰，周炜，高艳卿，郑国彬，陈杭，江林，姚娘娟，
申请(专利权)人：国科大杭州高等研究院，
类型：发明
国别省市：