[实用新型]一种基于石墨烯超材料的折射率传感器

说明书

本实用新型涉及基于石墨烯超材料的折射率传感器，包括基底层、所述基底层之上的石墨烯层、所述石墨烯层之上的金属电极层，以及所述基底层之下的面电极层；所述石墨烯层包含了二维平面上若干个重复单元，每一所述重复单元包含有一个石墨烯纳米带，以及两石墨烯纳米开口环；所述金属电极层包括多个金属块电极，每一所述金属块电极设置在一所述石墨烯纳米带或石墨烯纳米开口环之上。本实用新型可以灵活调谐，并且灵敏度高。

技术领域

本实用新型涉及微纳米器件技术领域，尤其是涉及一种基于石墨烯超材料的折射率传感器。

背景技术

超材料结构是具有亚波长厚度的周期性结构，在超材料结构中实现法诺共振一直是人们在纳米光子学领域感兴趣的方向。基于法诺共振的超材料结构能够显著地提高传统折射率传感器的灵敏度。然而，传统的用于实现法诺共振的超材料结构主要由金属构成。常规贵重金属的在可见光波段存在较大的材料吸收损耗而且它的介电常数很难通过外部条件进行调控，研究人员只能改变通过金属的结构尺寸来要调节基于金属的超材料结构特性，这大大的限制了它的发展以及潜在应用价值。因此，寻找合适的用于取代贵重金属的等离子体材料成为了研究人员主要的问题之一。

石墨烯是一种由单层碳原子构成的新型二维材料，它具其独特的性质如高电子迁移率、较高的光透明度、较高的热导率等，来已被广泛地应用于高性能的光器件设计。值得注意的是，在施加外部偏置电压改变石墨烯费米能级的条件下,石墨烯的表面电导率具有较大范围的可调特性，这使之在高性能的可调中红外器件方面显现出重大的潜在应用价值。

基于以上基础，在传统的超材料折射率传感器引入石墨烯材料已成为近年的研究热点。基于石墨烯超材料结构的折射率传感器可通过化学掺杂和施加偏置电压的方法实现器件灵活的可协调性，而不需要改变超材料结构的几何结构。但现有的石墨烯超材料结构折射率传感器还存在着折射率传感的灵敏度不够高的不足。因此，现有的技术还需要改进和提高。

实用新型内容

有鉴于此，有必要针对上述的问题，提供一种基于石墨烯超材料的折射率传感器，具有纳米量级的结构尺寸，具有小型化、易于集成的优点。并可以根据需要而工作在不同的波段，具有灵活调谐的优点，其工作在中红外区域且具有较高的灵敏度，弥补现有技术在中红外波段的不足。

一种基于石墨烯超材料的折射率传感器，包括基底层、所述基底层之上的石墨烯层、所述石墨烯层之上的金属电极层，以及所述基底层之下的面电极层；

所述石墨烯层包含了二维平面上若干个重复单元，每一所述重复单元包含有一个石墨烯纳米带，以及两石墨烯纳米开口环；

所述金属电极层包括多个金属块电极，每一所述金属块电极设置在一所述石墨烯纳米带或石墨烯纳米开口环之上。

所述重复单元呈矩形。

所述重复单元的矩形长125nm，矩形宽66nm。

在每一所述重复单元中，所述石墨烯纳米带和两所述石墨烯纳米开口环的结构关于所述矩形的中轴线成轴对称关系。

两所述石墨烯纳米开口环位于所述石墨烯纳米带的同一侧。

所述石墨烯纳米带的长85nm，宽6nm；每一所述石墨烯纳米开口环的长29nm，宽25nm，开口宽度17nm；每一所述石墨烯纳米开口环与所述石墨烯纳米带的间距6nm；两所述石墨烯纳米开口环之间的间距5nm。

所述石墨烯纳米带和所述石墨烯纳米开口环均由5层单层石墨烯堆叠而成。

每一所述金属块电极的长和宽为3nm，厚度4nm。

所述基底层为氧化铝材质基底层。

所述面电极层为掺杂硅层，掺杂浓度为10¹⁸cm^-3，厚度10nm。