【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光电探测，尤其涉及一种仿生超材料宽光谱偏振光电探测集成组件及制备方法。
技术介绍
1、光是具有一定幅度、频率和相位的振荡电磁场。偏振态表征光在垂直于传播方向的平面上的电场振荡。标准集成光电探测器通常仅响应光强度的变化，而探测光的固有特性(如偏振) 可以把信息量从三维(光强、光谱和空间)扩充到七维(光强、光谱、空间、偏振度、偏振方位角、偏振椭圆和旋转的方向)，有助于提高目标探测和地物识别的准确度，这将在天文学、遥感、量子光学、医学和生物学等领域起着至关重要的作用，如何将光谱信息和偏振信息进行有效地结合是实现更好地突出目标细节、削弱环境干扰、反映不同材质的特性和改善视觉质量效果的关键。《目标探测中偏振信息提取的关键技术与应用》（南京理工大学 杨蔚）中提到了研究偏振信息提取的关键技术在将来应集中在对目标探测的宽波段适应性、探测装置对线偏振和圆偏振的高偏振对比度和探测成像装置的便捷轻巧性等方面，因此开发兼具宽光谱高性能探测与高对比度偏振探测的集成式偏振光电探测装置尤为重要。
2、传统的偏振光电探测涉及由偏振片、四分之一波片和半波片组成的复杂而笨重的光学系统，公开号为cn115117255a的中国专利申请公开了一种1550nm上转换偏振光电探测及可视化成像装置的制备方法，在该专利中提到了通过自组装有序-au@ag nrs/nayf4:(10-50)％er3+复合结构实现对1550nm波长处的偏振探测，其偏振对比度约40%-60%，但是该探测及成像装置涉及各种外加偏振装置，其组件结构冗余笨重，集成度较低，且偏振探测
3、公开号为cn115911152a的中国专利申请公开了一种近红外偏振光电探测器及制备方法，在该专利中提到了通过形成mos2/gese/mote2异质结光电探测器实现宽谱波段响应(405-1550nm)的偏振光探测，但只局限于线偏振光的偏振探测，无法有效探测圆偏振光，且二维材料异质结的堆叠尚无法实现大规模的集成。
4、公开号为cn111430396a的中国专利申请公开了一种基于超导纳米线的单光子偏振探测器件及其实现装置，在该专利中提到了利用四个超像元对偏振光的偏振角的光响应计数实现对线性偏振光的偏振态求解，但其探测过程仍然涉及由偏振片、半波片以及各种附加的感测器和偏振探测器组成的复杂而笨重的光学系统，且其设计仍然无法有效探测圆偏振光，其次，超导纳米线本身需要在超低温环境下才能工作，在如今低功耗探测器应用中具有巨大局限性，且其对该探测器线偏振度的有效值尚未说明以及缺乏有效地对信号的电路集成读出和解算。
5、在大自然中，昆虫的复眼能分辨识别我们人类肉眼无法看到的光波段和偏振光，通过收集这些信息，对其生物活动起到了关键作用，如蜜蜂复眼的每个小眼都排列着对偏振光非常敏感的偏振片，可以对太阳进行精准定位，把太阳作为自己判断方向的依据，吸引同类到自己发现的蜜源，并且，构成昆虫复眼的每个小眼为六棱形呈蜂窝状，当一个眼面被破坏时，并不会影响其它面的功能，具有环境耐受性。
6、因此，如果将仿复眼手性超表面、斯托克斯解算、偏振宽光谱成像融合与片上测量信号集成读出相结合，有望彻底改变未来的混合集成纳米电子-光子电路。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是：为了解决现有光电探测器及其组件结构冗余笨重、集成度低、探测范围窄、偏振探测性能差以及宽光谱高性能探测与高对比度偏振探测无法兼得的技术问题，提供了一种仿生超材料宽光谱偏振光电探测集成组件及制备方法。
2、本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种仿生超材料宽光谱偏振光电探测集成组件，该组件包括：
3、印刷电路板，用于读出电路连接载体；
4、聚焦辅助镜头，与印刷电路板电路连接，用于进行光电探测；
5、金属氧化物半导体场效应晶体管和铜片，与印刷电路板电路连接，且均布于集成式手性仿复眼超材料宽光谱偏振光电探测器周围，与金电极连接；
6、集成式手性仿复眼超材料宽光谱偏振光电探测器，设于所述印刷电路板中心区域，包括：
7、硅，其上为具有穿孔凹槽的氧化硅，共同作为集成式手性仿复眼超材料宽光谱偏振光电探测器的基片；
8、金电极，以氧化硅穿孔凹槽为中心均布于氧化硅上方；
9、硅仿生手性超表面，位于氧化硅的穿孔凹槽内与硅接触；
10、金仿生手性超表面，位于硅仿生手性超表面上方，和硅仿生手性超表面组合的每个角度排列构成集成式手性仿复眼超材料宽光谱偏振光电探测器的像素单元；
11、石墨烯，位于金电极和金仿生手性超表面上方，和二者同时接触。
12、进一步地，所述硅下方设有镓-铟合金用于作欧姆接触，集成式手性仿复眼超材料宽光谱偏振光电探测器通过所述镓-铟合金与所述印刷电路板内部电路相连接。
13、进一步地，所述硅仿生手性超表面分别以0°角、45°角、90°角和镜像反手性的角度排布成22阵列形式；金仿生手性超表面排布形式与所述硅仿生手性超表面一致。
14、进一步地，所述印刷电路板边缘分别设有所述排针和所述电路接口，连接计算机端；所述排针和金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极连接。
15、进一步地，计算机端通过与所述排针的连接来控制所述金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极电压以实现所述金属氧化物半导体场效应晶体管的选通，器件电流信号通过所述电路接口传输回计算机端进行计算处理，阵列像素器件通过时分复用的形式以扫描式交替读出光电探测信号，将硬件上的每个单元器件的数据处理器个数集成为一个。
16、进一步地，所述的硅仿生手性超表面和金仿生手性超表面的结构单元图形设计为：由整体的矩形外框架内勾勒出两个中心对称的月牙形孔槽，矩形外框的左上角和左下角去掉矩形边角，两个中心对称的月牙形孔槽之间再勾勒出纳米孔槽，整体结构为不对称手性结构。
17、进一步地，所述硅仿生手性超表面和所述金仿生手性超表面的结合实现深紫外-可见光-近红外-中红外波段的宽光谱探测，仿生手性超表面的几何手性和各向异性导致圆形和线性偏振分辨的光响应，同时实现偏振探测，通过斯托克斯偏振解算和多波段图像融合算法，对探测的成像结果获得全面详细的信息。
18、另一方面，本专利技术还提供了一种仿生超材料宽光谱偏振光电探测集成组件的制备方法，该方法包括集成式手性仿复眼超材料宽光谱偏振光电探测器的制备和探测组件外部读出电路的硬件连接两个步骤，具体如下：
19、步骤一：光电探测器的制备：
20、（1）硅衬底的准备：用硅片刀切至所需尺寸，对其进行表面清洗处理，依次将其放入丙酮、异丙醇、去离子水溶液中进行超声清洗，取出氮气吹干；
21、（2）硅窗口的图形化：将清洗好的硅片进行光刻胶旋涂，用光刻机对匀胶后的硅片进行光刻及进行显影操作，光刻胶完全固化后，在缓冲氧化物刻蚀溶液中对未被光刻胶保护的窗口区域进行氧本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种仿生超材料宽光谱偏振光电探测集成组件，其特征在于，该组件包括：
2.根据权利要求1所述的一种仿生超材料宽光谱偏振光电探测集成组件，其特征在于，所述硅下方设有镓-铟合金用于作欧姆接触，集成式手性仿复眼超材料宽光谱偏振光电探测器通过所述镓-铟合金与所述印刷电路板内部电路相连接。
3.根据权利要求1所述的一种仿生超材料宽光谱偏振光电探测集成组件，其特征在于，所述硅仿生手性超表面分别以0°角、45°角、90°角和镜像反手性的角度排布成2×2阵列形式；金仿生手性超表面排布形式与所述硅仿生手性超表面一致。
4.根据权利要求1所述的一种仿生超材料宽光谱偏振光电探测集成组件，其特征在于，所述印刷电路板边缘分别设有排针和电路接口，连接计算机端；所述排针和金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极连接。
5.根据权利要求4所述的一种仿生超材料宽光谱偏振光电探测集成组件，其特征在于，计算机端通过与所述排针的连接来控制所述金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极电压以实现所述金属氧化物半导体场效应晶体管的选通，器件电流信号通过所述电路接口传输回计算机端进行计算处
6.根据权利要求1所述的一种仿生超材料宽光谱偏振光电探测集成组件，其特征在于，所述的硅仿生手性超表面和金仿生手性超表面的结构单元图形设计为：由整体的矩形外框架内勾勒出两个中心对称的月牙形孔槽，矩形外框的左上角和左下角去掉矩形边角，两个中心对称的月牙形孔槽之间再勾勒出纳米孔槽，整体结构为不对称手性结构。
7.根据权利要求1所述的一种仿生超材料宽光谱偏振光电探测集成组件，其特征在于，所述硅仿生手性超表面和所述金仿生手性超表面的结合实现深紫外-可见光-近红外-中红外波段的宽光谱探测，仿生手性超表面的几何手性和各向异性导致圆形和线性偏振分辨的光响应，同时实现偏振探测，通过斯托克斯偏振解算和多波段图像融合算法，对探测的成像结果获得全面详细的信息。
8.一种基于权利要求1-7任一项所述仿生超材料宽光谱偏振光电探测集成组件的制备方法，其特征在于，该方法包括集成式手性仿复眼超材料宽光谱偏振光电探测器的制备和探测组件外部读出电路的硬件连接两个步骤，具体如下：
9.根据权利要求8所述的仿生超材料宽光谱偏振光电探测集成组件的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，使光刻胶均匀覆盖于硅片表面，105℃下前烘5 min，再用光刻机对匀胶后的硅片进行光刻，光刻完成后，将显影液与水以1：7的体积比例调配成显影溶液，进行显影操作，120℃下后烘20 min，使光刻胶完全固化，在湿法刻蚀中对光刻胶下层氧化层进行保护。
10.根据权利要求8所述的仿生超材料宽光谱偏振光电探测集成组件的制备方法，其特征在于，步骤（6）中，转移石墨烯过程具体为：将聚甲基丙烯酸甲酯PMMA旋涂在石墨烯上作为支撑层，并置于铜刻蚀液中，将刻蚀液中漂浮的以 PMMA为支撑的石墨烯捞入去离子水中清洗后使石墨烯区域覆盖金仿生手性超表面、硅仿生手性超表面及电极区域，再用二氯甲烷去除石墨烯上的PMMA。
...【技术特征摘要】
1.一种仿生超材料宽光谱偏振光电探测集成组件，其特征在于，该组件包括：
2.根据权利要求1所述的一种仿生超材料宽光谱偏振光电探测集成组件，其特征在于，所述硅下方设有镓-铟合金用于作欧姆接触，集成式手性仿复眼超材料宽光谱偏振光电探测器通过所述镓-铟合金与所述印刷电路板内部电路相连接。
3.根据权利要求1所述的一种仿生超材料宽光谱偏振光电探测集成组件，其特征在于，所述硅仿生手性超表面分别以0°角、45°角、90°角和镜像反手性的角度排布成2×2阵列形式；金仿生手性超表面排布形式与所述硅仿生手性超表面一致。
4.根据权利要求1所述的一种仿生超材料宽光谱偏振光电探测集成组件，其特征在于，所述印刷电路板边缘分别设有排针和电路接口，连接计算机端；所述排针和金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极连接。
5.根据权利要求4所述的一种仿生超材料宽光谱偏振光电探测集成组件，其特征在于，计算机端通过与所述排针的连接来控制所述金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极电压以实现所述金属氧化物半导体场效应晶体管的选通，器件电流信号通过所述电路接口传输回计算机端进行计算处理，阵列像素器件通过时分复用的形式以扫描式交替读出光电探测信号，将硬件上的每个单元器件的数据处理器个数集成为一个。
6.根据权利要求1所述的一种仿生超材料宽光谱偏振光电探测集成组件，其特征在于，所述的硅仿生手性超表面和金仿生手性超表面的结构单元图形设计为：由整体的矩形外框架内勾勒出两个中心对称的月牙形孔槽，矩形外框的左上角和左下角去掉矩形边角，两个中心对...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐杨，谢云斐，张致翔，李宗文，宁浩，戴越，叶雨欣，张倩倩，柴健，马源，刘欣雨，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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