[发明专利]石墨烯等离激元多频带吸收器及其制备方法

说明书

本发明公开了石墨烯等离激元多频带吸收器及其制备方法，属于光电材料领域。所述吸收器由下及上依次设有金属衬底层和单层石墨烯，所述金属衬底上表面分布有倾斜空气槽阵列，形成一维金属栅结构。金属衬底上的倾斜空气槽阵列产生了高度集中的等离子体场，同时增强了石墨烯场与电磁波的耦合效应，形成了多波段超窄的完美光吸收。这种多频带吸收器的石墨烯层是由完整的单层石墨烯组成，结构简单易于制造，红外波段光谱可调谐，结构尺寸小，易于集成，可广泛应用于光电传感和光电调控领域。

技术领域

本发明属于光电材料领域，具体涉及吸收器及其制备方法。

背景技术

随着现代科学技术的迅猛发展，在纳米尺度上，具有新颖光学特性和高度可调方法的结构越来越多，这引起了人们的广泛兴趣。近年来，等离子体金属纳米结构因其局域场增强和强光场与照明光的耦合而受到广泛关注。这些特性最终导致完美吸收剂和石墨烯相关的近完美吸收剂、太阳能收集、热蒸技术、表面增强光谱和传感等方面的潜在应用不断涌现。然而，石墨烯光电器件往往涉及到众多结构元件和模块，以及不同的石墨烯图案，这导致了石墨烯器件制造困难，成本高，不利于大规模制作和利用。

石墨烯（Graphene）是一种由单层碳原子形成的蜂窝状平面薄膜，它只有一个原子层厚度的准二维材料，又叫单原子层石墨。石墨烯具有十分良好的导电、导热、机械强度和柔韧性以及光学特性，在物理学、材料学、电子信息与计算机、航空航天等领域都得到了长足的发展。石墨烯表面的传导电子可以与入射的光子相互作用形成耦合电磁模（即，等离激元共振），能够突破传统的光学衍射极限，因此可作为光传输器件包括光耦合器件中的信息载体。然而，单层石墨烯结构对可见光以及红外波段光的吸收率仅为2.3%。目前的研究技术在如何有效调控石墨烯结构对光波或电磁波的光谱响应特性包括石墨烯结构在不同频段的光谱陷波响应的可控操作等方面都存在很大的技术难题。

相比于传统光电器件，石墨烯光电器件结构尺寸小，并可以通过改变石墨烯化学势而调谐器件对电磁波的响应，具有优越的可调谐性。

发明内容

为了解决现有技术中石墨烯吸波器的吸收频带少、频率范围较小、吸收高率低等问题，本发明提供一种石墨烯等离激元多频带吸收器及其光电调控器件与制备方法。

本发明提供的一种石墨烯等离激元多频带吸收器，包括金属衬底和石墨烯层，所述石墨烯层与所述金属衬底连接；所述金属衬底上分布有倾斜空气槽阵列，形成一维金属栅结构。

进一步地，所述石墨烯层为单层完整的石墨烯。

进一步地，所述倾斜空气槽阵列由倾斜空气槽按周期排列而成，其周期为800纳米；空气槽的宽和高分别是100纳米和300纳米（倾斜空气槽最长的边是高，对应垂直的是宽）；空气槽的倾斜角度为45^o。

进一步地，所述金属衬底的厚度为400纳米。

进一步地，所述金属衬底的材料为金。

上述石墨烯等离激元多频带吸收器的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、提供金属衬底和硅片；

步骤2、运用刻蚀技术，在金属衬底上表面刻蚀出倾斜空气槽阵列；

步骤3、在硅片上利用化学气相沉积法制造一层石墨烯；

步骤4、将步骤3制造的石墨烯转移到步骤2的金属衬底上表面，得到石墨烯等离激元多频带吸收器。

本发明的有益效果：

1、本发明的石墨烯等离激元多频带吸收器，金属衬底上的倾斜空气槽阵列产生了高度集中的等离子体场，同时增强了石墨烯场与电磁波的耦合效应，在红外区域产生了多波段超窄的完美光吸收；

2、改变石墨烯化学势可以调谐器件的光学响应，具有极为优越的调谐性能；