阅读说明：本技术 一种增强型石墨烯近红外宽波段光吸收结构及其制备方法 (A kind of reinforced graphite alkene near-infrared broadband light absorption structure and preparation method thereof ) 是由 刘永 杜明 于 2019-08-02 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种增强型石墨烯近红外宽波段光吸收结构及其制备方法,该光吸收结构包括：从下往上依次层叠设置的金属基底、介质层、金属微纳阵列及石墨烯。根据本发明,通过在金属基底上方放置一个金属微纳阵列,两个金属的电场之间发生很强的交互作用从而产生局域的等离子体激元谐振耦合,将石墨烯与这种结构结合,使得石墨烯表面的局域场增强从而增强了石墨烯的光吸收率；通过对金属微纳阵列占空比的调整,可以实现石墨烯在特定波段光吸收的增强。(The invention discloses a kind of reinforced graphite alkene near-infrared broadband light absorption structures and preparation method thereof, which includes: the metallic substrates being cascading from the bottom up, dielectric layer, metal micro-nano array and graphene.According to the present invention, a metal micro-nano array is placed by side on the metallic substrate, very strong reciprocation occurs between the electric field of two metals to generate the coupling of the plasmon resonance of local, by graphene in conjunction with this structure, so that the Localized field enhancement of graphene surface is to enhance the absorptivity of graphene；By the adjustment to metal micro-nano array duty ratio, graphene may be implemented in the enhancing of specific band light absorption.)

一种增强型石墨烯近红外宽波段光吸收结构及其制备方法

技术领域

本发明涉及光电技术领域，特别涉及一种增强型石墨烯近红外宽波段光吸收结构及其制备方法。

背景技术

光探测器作为一种重要的信息感知器件，极大的推动了人类科技发展和信息化进程。广谱探测与成像在卫星遥感、成像及光通信等领域有广阔的应用前景，近红外宽光谱探测器作为其关键部分有十分重要的研究价值。目前，传统的基于碲化汞镉(HgCdTe)、砷铟镓(InGaAs)等材料的红外探测器，为了提高信噪比，通常需要制冷，导致探测器的体积大、成本高。实现便携、低成本的红外探测是重要的发展趋势。

石墨烯以其独特的机械、电学、光学方面的显著优势，成为目前光探测器领域的研究热点。与传统的半导体材料相比，石墨烯具有零带隙结构，其作为一种广谱探测器，可以实现从紫外波段到太赫兹波段的全谱检测，从而在广谱探测方面优势显著；此外，石墨烯还具有超高的载流子迁移率，且其表面无悬挂键，可以直接与硅基基底通过范德瓦尔斯外延形成异质结，而不用担心传统异质结的晶格失配问题。然而，虽然石墨烯有较强的光与物质相互作用，但由于其原子级的厚度(0.34nm)，导致其极低的吸光率。在可见光及近红外波段，石墨烯的光吸收率仅有2.3％，这极大的限制了石墨烯在光探测器领域的应用。

有鉴于此，实有必要开发一种增强型石墨烯近红外宽波段光吸收结构，用以解决上述问题。

发明内容

针对现有技术中存在的不足之处，本发明的目的是提供一种增强型石墨烯近红外宽波段光吸收结构及其制备方法，通过对该结构的几何参数进行调整，可以调节其光吸收谱使其满足不同谐振频率范围内的应用需求。

为了实现根据本发明的上述目的和其他优点，提供了一种增强型石墨烯近红外宽波段光吸收结构及其制备方法，该光吸收结构包括从下往上依次层叠设置的金属基底、介质层、金属微纳阵列及石墨烯。

优选的是，所述金属基底由银金属制成。

优选的是，所述金属基底的厚度为100nm。

优选的是，所述介质层为三氧化二铝。

优选的是，所述介质层的厚度为55nm。

优选的是，所述金属微纳阵列由银金属制成。

进一步地，本案还公开一种制备上述任一项增强型石墨烯近红外宽波段光吸收结构的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)提供金属基底；

2)在金属基底上沉积介质层；

3)在介质层上制备金属微纳阵列；

4)将石墨烯转移至金属微纳阵列上。

进一步地，步骤1)中的金属基底由银金属材料制成。

进一步地，步骤1)中的金属基底的厚度为100nm。

进一步地，步骤2)中的介质层为三氧化二铝。

进一步地，步骤2)中介质层的沉积方法为原子力沉积法。

进一步地，步骤2)中介质层的厚度为55nm。

进一步地，步骤3)中金属微纳阵列由银金属材料制成。

进一步地，步骤3)中金属微纳阵列的几何尺寸如下：周期p＝200nm，宽度w＝160nm，高度h＝20nm。

进一步地，步骤4)中石墨烯的转移方法为基体刻蚀转移法、roll-to-roll转移法、电化学剥离转移法、干式转移法、湿式转移法、机械剥离转移法中的至少一种。

本发明与现有技术相比，其有益效果是：

首先，在金属基底上方放置一个金属微纳阵列，两个金属的电场之间发生很强的交互作用从而产生局域的等离子体激元谐振耦合，将石墨烯与这种结构结合，使得石墨烯表面的局域场增强从而增强了石墨烯的光吸收率；

此外，通过对金属微纳阵列占空比的调整，可以实现石墨烯在特定波段光吸收的增强。

附图说明

图1为根据本发明一个实施方式提出的增强型石墨烯近红外宽波段光吸收结构的结构示意图；

图2为单层石墨烯在不同结构中的光吸收率对比图；

图3单层石墨烯在不同宽度w金属微纳阵列结构上的光吸收率图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，本发明的前述和其它目的、特征、方面和优点将变得更加明显，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

在附图中，为清晰起见，可对形状和尺寸进行放大，并将在所有图中使用相同的附图标记来指示相同或相似的部件。

在下列描述中，诸如中心、厚度、高度、长度、前部、背部、后部、左边、右边、顶部、底部、上部、下部等用词是相对于各附图中所示的构造进行定义的，特别地，“高度”相当于从顶部到底部的尺寸，“宽度”相当于从左边到右边的尺寸，“深度”相当于从前到后的尺寸，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化，所以，也不应当将这些或者其他的方位用于解释为限制性用语。

涉及附接、联接等的术语(例如，“连接”和“附接”)是指这些结构通过中间结构彼此直接或间接固定或附接的关系、以及可动或刚性附接或关系，除非以其他方式明确地说明。

根据本发明的一实施方式结合图1的示出，可以看出，增强型石墨烯近红外宽波段光吸收结构包括从下往上依次层叠设置的金属基底4、介质层3、金属微纳阵列2及石墨烯1。

在优选的实施方式中，所述金属基底4由银金属制成。

在优选的实施方式中，所述金属基底4的厚度为100nm。

在优选的实施方式中，所述介质层3为三氧化二铝。

在优选的实施方式中，所述介质层3的厚度为55nm。

在优选的实施方式中，所述金属微纳阵列2由银金属制成。

此外，本案公开一种制备所述增强型石墨烯近红外宽波段光吸收结构的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)提供金属基底4；

2)在金属基底4上沉积介质层3；

3)在介质层3上制备金属微纳阵列2；

4)将石墨烯1转移至金属微纳阵列2上。

进一步地，步骤1)中的金属基底4由银金属材料制成。

优选的是，步骤1)中的金属基底4的厚度为100nm。

优选的是，步骤2)中的介质层3为三氧化二铝。

优选的是，步骤2)中介质层3的沉积方法为原子力沉积法。

优选的是，步骤2)中介质层3的厚度为55nm。

优选的是，步骤3)中金属微纳阵列2由银金属材料制成。

优选的是，步骤3)中金属微纳阵列2的几何尺寸如下：周期p＝200nm，宽度w＝160nm，高度h＝20nm。

进一步地，步骤4)中石墨烯1的转移方法为基体刻蚀转移法、roll-to-roll转移法、电化学剥离转移法、干式转移法、湿式转移法、机械剥离转移法中的至少一种。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。