一种基于二维光栅结构的全金属增透系统

摘要

本发明公开了一种基于二维光栅结构的全金属增透系统。在光电子领域中，器件表面经常需要镀一层金属薄膜做电极或增加导电性，金属薄膜本身对入射光的低透过率和高反射率使得极少量入射光到达器件本身，影响器件本身的性能。本发明首次提出全金属结构的增透系统，通过在金属薄膜表面制作二维光栅结构，激发金属薄膜表面等离子激元共振，实现对特定入射波长的数倍的增透作用，极大改善了器件的性能，对于光电子技术的发展具有极大的促进作用。

权利要求

1.一种基于二维光栅结构的全金属增透系统，其特征在于沿光线传播方向依次包括二维光栅结构、金属薄膜、透明衬底，其中二维光栅结构采用金属材料；

所述的二维光栅结构由与金属薄膜相同的金属材料构成；

所述的二维光栅结构高度为30～80nm,金属薄膜厚度小于50nm；

所述的二维光栅结构在金属薄膜表面呈周期性阵列分布。

2.根据权利要求1所述的一种基于二维光栅结构的全金属增透系统，其特征在于所述的二维光栅结构形状为圆形、圆环形、四边形、三角形中的一种或由上述几种形状结构的任意组合。

说明书

一种基于二维光栅结构的全金属增透系统

技术领域

[0001] 本发明属于光电子领域，具体是一种基于二维光栅结构的全金属增透系统。

背景技术

[0002] 在光电子领域中，器件表面经常需要镀一层金属薄膜做电极或增加导电性，这种技术在太阳能电池、电镜检测、微纳加工等领域应用广泛。然而金属薄膜本身对入射光的低透过率和高反射率使得极少量入射光到达器件本身，影响器件本身的性能。传统方法通过镀一层介质膜，利用多光束干涉原理增加金属薄膜透光性，但表面覆盖的介质膜改变了原有金属表面的电学性质。目前还没有有效的解决方法，能够既提高器件的光学性能，又不影响金属薄膜电学性质。

发明内容

[0003] 本发明针对上述现有构想与技术的不足，利用二维光栅结构可以激发金属薄膜表面等离子激元共振的特性，提出了一种基于二维光栅结构的全金属增透系统。

[0004] 本发明采用了全金属结构，具体解决方案如下：

[0005] 本发明增透系统沿光线传播方向依次包括高度为30～80nm的二维光栅结构、厚度小于50nm的金属薄膜、透明衬底；

[0006] 所述的透明衬底主要起支撑二维光栅结构和金属薄膜作用，对入射光几乎透明，没有吸收；可以选择普通玻璃（SiO2）、蓝宝石玻璃(Al2O3)、透明塑料等；

[0007] 所述的金属薄膜主要起导电作用，但本身对入射光有较高的反射率和较低的透射率；

[0008] 所述的二维光栅结构在金属薄膜表面呈周期性阵列分布；入射光透射峰值波长大小由二维光栅结构的阵列周期决定。

[0009] 所述的二维光栅结构起增透作用，入射光照射在有二维光栅结构的金属薄膜上，会激发金属薄膜表面等离子激元共振，从而增强金属薄膜对入射光的透射率。

[0010] 所述的二维光栅结构通过金属剥离工艺实现。

[0011] 所述的二维光栅结构形状为圆形、圆环形、四边形、三角形中的一种或由上述几种形状结构的任意组合。

[0012] 作为优选，所述的二维光栅结构的材料是与金属薄膜材料相同的金属材料。

[0013] 本发明具有的有益效果是：本发明利用二维光栅结构调制入射光，激发金属薄膜表面等离子激元共振，实现对选择波长的增透，通过调节二维光栅结构的陈列周期可以调节透射峰值波长。本结构采用全金属结构，既提高器件的光学性能，又不影响金属薄膜电学性质，极大改善了器件的性能，对于光电子技术的发展具有极大的促进作用。

附图说明

[0014] 图1为本发明基于二维光栅结构的全金属增透系统示意图；

[0015] 图2(a)为实施例1所述有无二维光栅结构的金属薄膜光透过率示意图；

[0016] 图2(b)为实施例1所述有无二维光栅结构的金属薄膜增透倍率示意图。

具体实施方式

[0017] 下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明：本实施方式案例以本发明提出的基于二维光栅结构的全金属增透系统为前提，但本发明的保护范围并不限于下述实施方式与案例。

[0018] 如图1所示，一种基于种基于二维光栅结构的全金属增透系统包括二维光栅结构（1）、金属薄膜（2）和透明衬底（3）的光电子器件。二维圆盘形光栅结构位于金属薄膜上，光栅结构和金属薄膜材质为金材质，其中圆盘形光栅结构周期1400nm,半径500nm,高度50nm,金属薄膜厚度20nm。

[0019] 基于二维光栅结构的全金属增透系统制作过程包括以下步骤：

[0020] 1）在清洁的透明衬底，如普通玻璃（SiO2）衬底沉积厚度20nm的金属。

[0021] 2）在沉积的金属薄膜上均匀涂上适当厚度光刻胶，用电子束曝光工艺在光刻胶上曝光出周期性图案。

[0022] 3）然后进行显影，定影。

[0023] 4）沉积50nm同种金属

[0024] 5）超声处理除去残余的光刻胶，得到二维光栅结构和金属薄膜。

[0025] 如图2（a）所示，器件尺寸结构与实施例1相同，在考虑本增透系统整体透光率情况下，研究有无二维光栅结构对同样20nm金属薄膜透过率影响。从图2（a）看出，在入射波长1410-1460nm范围内，有二维光栅结构的金属薄膜透过率明显高于没有二维光栅结构的金属薄膜，峰值透射率从5.6%上升到40%。透射率峰值波长与二维光栅结构周期接近。如图2（b）所示，在峰值波长1426nm处，有二维光栅结构的金属薄膜透过率是没有二维光栅结构的金属薄膜的7倍。