增加氧化釩薄膜近紅外波段吸收率的方法及由其制備的氧化釩薄膜的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及物理電子學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體而言涉及一種增加氧化釩薄膜近紅外波段吸收率的方法及由其制備的氧化釩薄膜。
【背景技術(shù)】
[0002]熱輻射探測器是通過熱效應(yīng)來探測輻射的元器件，其基本的工作方式是:根據(jù)紅外探測元件吸收紅外輻射后溫度發(fā)生變化，測量由溫度變化而導(dǎo)致的敏感元件物理性質(zhì)(如尺寸、電阻、共振頻率等)的變化來對紅外輻射進行探測。熱輻射探測器無需致冷設(shè)備，可以工作于室溫環(huán)境下，在低成本、低功耗、小型化和可靠性等方面均有明顯的優(yōu)勢，目前已成為研宄的熱點，并顯示出了巨大的市場潛力。
[0003]為了提升熱輻射探測器的紅外探測效率，增強探測靈敏度，有必要研宄提高探測器近紅外波段吸收效率的方法。
[0004]二氧化釩(VO2)是具有相變性質(zhì)的金屬氧化物，其相變前后材料的電阻率變化可達3?5個數(shù)量級，在室溫附近的電阻率溫度系數(shù)(TCR)可達-2%?-3% Γ1，其大小為一般金屬薄膜熱敏電阻的5?10倍，且具有較低的Ι/f噪聲系數(shù)，因此它是目前用來制備
8-12um長波紅外探測中非致冷紅外探測器熱敏探測器的理想材料。但是直接利用氧化釩薄膜進行探測效果還很不理想。
[0005]目前，提高氧化釩薄膜近紅外波段吸收率的方法主要如下:薄膜厚度調(diào)整，通過折射率和薄膜厚度等參數(shù)的調(diào)整，使薄膜表面的反射見到最小，從而增加吸收；雜質(zhì)摻雜，在保持氧化釩特性的基礎(chǔ)上，摻雜少量雜質(zhì)，從而改變其光學(xué)性質(zhì)，增加吸收率；表面紋理或陷光結(jié)構(gòu)，如表面周期光柵或Bragg反射鏡，通過結(jié)構(gòu)的陷光作用增加吸收效率。但是上述方法均存在一定的不足和限制，如折射率厚度匹配適用于低色散材料，而氧化釩為強色散材料；摻雜法中的雜質(zhì)濃度和摻雜過程控制難度較高；紋理或陷光結(jié)構(gòu)目前還有待實驗的進一步驗證。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的在于提供一種增加氧化釩薄膜近紅外波段吸收率的方法，利用周期結(jié)構(gòu)對入射波的耦合，將入射波耦合為面內(nèi)的Bloch波模式，從而增加氧化釩薄膜在近紅外波段的光吸收效率。
[0007]本發(fā)明的另一目的在于，提供一種基于上述方法制備的氧化釩薄膜。
[0008]本發(fā)明的上述目的通過獨立權(quán)利要求的技術(shù)特征實現(xiàn)，從屬權(quán)利要求以另選或有利的方式發(fā)展獨立權(quán)利要求的技術(shù)特征。
[0009]為達成上述目的，本發(fā)明提出一種增加氧化釩薄膜近紅外波段吸收率的方法，包括以下步驟:
[0010]通過化學(xué)腐蝕、光刻或壓印中的一種，在氧化釩薄膜表面形成呈正方形排列的多個圓柱形單元，該多個圓柱形單元所形成的排列結(jié)構(gòu)與空氣形成折射率高低交錯的光子晶體結(jié)構(gòu)。
[0011]進一步的實施例中，在前述方法中，每個圓柱形單元形成一個圓柱形介質(zhì)柱，介電柱的高度為250nm，氧化釩薄膜的厚度為200nm。
[0012]進一步的實施例中，在前述方法中，所述多個圓柱形單元所形成的排列結(jié)構(gòu)中，圓柱形單元在氧化釩薄膜所在的二維平面上呈正方形排布，圓柱形單元的底面半徑r和所述正方形排列結(jié)構(gòu)的排布周期，即正方形的邊長a的，其比值r/a = 0.35。
[0013]在進一步的實施例中，所示排布周期a為500nm，所述的圓形單元的半徑r為175nm0
[0014]根據(jù)上述改進，本發(fā)明的另一方面提出一種依據(jù)前述方法制備的具有周期結(jié)構(gòu)的氧化釩薄膜。
[0015]利用本發(fā)明所提出的增加氧化釩薄膜近紅外波段光吸收效率的方法所制備的氧化釩薄膜，通過電磁場仿真，結(jié)果表明:與未采用光子晶體周期結(jié)構(gòu)的氧化釩薄膜相比，基于本發(fā)明制造的氧化釩薄膜在700nm-1700nm波段吸收率明顯高于前者，最大吸收率增幅達到28.47%。此外，與現(xiàn)有其他技術(shù)相比，本方法的制備過程中，可以精確控制薄膜的參數(shù)，相關(guān)化學(xué)腐蝕和光刻技術(shù)純熟，所制得的氧化釩薄膜近紅外透過率有穩(wěn)定且明顯的增加。
[0016]應(yīng)當理解，前述構(gòu)思以及在下面更加詳細地描述的額外構(gòu)思的所有組合只要在這樣的構(gòu)思不相互矛盾的情況下都可以被視為本公開的發(fā)明主題的一部分。另外，所要求保護的主題的所有組合都被視為本公開的發(fā)明主題的一部分。
[0017]結(jié)合附圖從下面的描述中可以更加全面地理解本發(fā)明教導(dǎo)的前述和其他方面、實施例和特征。本發(fā)明的其他附加方面例如示例性實施方式的特征和/或有益效果將在下面的描述中顯見，或通過根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的【具體實施方式】的實踐中得知。
【附圖說明】
[0018]附圖不意在按比例繪制。在附圖中，在各個圖中示出的每個相同或近似相同的組成部分可以用相同的標號表示。為了清晰起見，在每個圖中，并非每個組成部分均被標記?，F(xiàn)在，將通過例子并參考附圖來描述本發(fā)明的各個方面的實施例，其中:
[0019]圖1為本發(fā)明提出的有效增加氧化釩薄膜近紅外波段吸收效率的方法所制備的氧化釩薄膜的示意圖。
[0020]圖2為圖1中氧化釩薄膜的二維結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖3為圖1中氧化釩薄膜的吸收率-波長變化曲線。
【具體實施方式】
[0022]為了更了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉具體實施例并配合所附圖式說明如下。
[0023]在本公開中參照附圖來描述本發(fā)明的各方面，附圖中示出了許多說明的實施例。本公開的實施例不必定意在包括本發(fā)明的所有方面。應(yīng)當理解，上面介紹的多種構(gòu)思和實施例，以及下面更加詳細地描述的那些構(gòu)思和實施方式可以以很多方式中任意一種來實施，這是因為本發(fā)明所公開的構(gòu)思和實施例并不限于任何實施方式。另外，本發(fā)明公開的一些方面可以單獨使用，或者與本發(fā)明公開的其他方面的任何適當組合來使用。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的較佳實施方式，提出一種增加氧化釩薄膜近紅外波段吸收率的方法，包括以下步驟:
[0025]通過化學(xué)腐蝕、光刻或壓印中的一種，在氧化釩薄膜表面形成呈正方形排列的多個圓柱形單元，該多個圓柱形單元所形成的排列結(jié)構(gòu)與空氣形成折射率高低交錯的光子晶體結(jié)構(gòu)。
[0026]圖1所示為利用上述方法制備得到的光子晶體氧化釩薄膜的示意圖，其中標號I表示圓柱形單元(氧化釩)，標號3表示氧化釩薄膜基底，圓柱單元I處于空氣(圖2中的標號2)中。圖中只是示例性給出了氧化釩薄膜的結(jié)構(gòu)，具體的圓柱數(shù)量可以依實際情況而定。
[0027]前述方法在實施過程中，優(yōu)選地，氧化釩基底3的厚度H為200nm，圓柱形單元I的高度h為250nm。
[0028]在可選的實施例中，在前述方法在實施過程中，多個圓柱形單元I所形成的排列結(jié)構(gòu)中，圓柱形單元I在氧化釩薄膜基底3所在的二維平面上呈正方形排布，圓柱形單元I的底面半徑r和正方形排列結(jié)構(gòu)的排布周期，即正方形的邊長a的，其比值r/a = 0.35。
[0029]本例中，優(yōu)選地，所述排布周期a為500nm，所述的圓柱形單元的半徑r為175nm。
[0030]如圖1結(jié)合圖2所示，依據(jù)本實施例中制得的二維光子晶體周期結(jié)構(gòu)，其原胞為圓柱(標號I)，排布方式為正方排列。
[0031]如圖1、圖2所示，利用本實施例方法制備得到的氧化釩薄膜，通過仿真分析計算，并與無光子晶體結(jié)構(gòu)的同等模型對比，所得吸收率曲線如圖3所示?？梢钥闯觯捎趯嵤├泄庾泳w周期結(jié)構(gòu)的引入，在近紅外波段(700nm-1700nm)，氧化釩薄膜的光吸收效率有了明顯的提升。通過對整個波段的吸收率積分進行對比分析，吸收率的提升比率達到28.47%。從而明顯地證實了本實施例所提出的方法在增加氧化釩薄膜吸收率方面的良效果O
[0032]雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作各種的更動與潤飾。因此，本發(fā)明的保護范圍當視權(quán)利要求書所界定者為準。
【主權(quán)項】
1.一種增加氧化釩薄膜近紅外波段吸收率的方法，其特征在于，包括以下步驟: 通過化學(xué)腐蝕、光刻或壓印中的一種，在氧化釩薄膜表面形成呈正方形排列的多個圓柱形單元，該多個圓柱形單元所形成的排列結(jié)構(gòu)與空氣形成折射率高低交錯的光子晶體結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增加氧化釩薄膜近紅外波段吸收率的方法，其特征在于，在前述方法中，每個圓柱形單元形成一個圓柱形介質(zhì)柱，介電柱的高度為250nm，氧化I凡薄膜的厚度為200nmo
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增加氧化釩薄膜近紅外波段吸收率的方法，其特征在于，在前述方法中，所述多個圓柱形單元所形成的排列結(jié)構(gòu)中，圓柱形單元在氧化釩薄膜所在的二維平面上呈正方形排布，圓柱形單元的底面半徑r和所述正方形排列結(jié)構(gòu)的排布周期，即正方形的邊長a的，其比值r/a = 0.35。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的增加氧化釩薄膜近紅外波段吸收率的方法，其特征在于，所述排布周期a為500nm，所述的圓形單元的半徑r為175nm。
5.一種具有周期結(jié)構(gòu)的氧化釩薄膜，其特征在于，依照前述權(quán)利要求1所述的增加氧化釩薄膜近紅外波段吸收率的方法來制備。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有周期結(jié)構(gòu)的氧化釩薄膜，其特征在于，所述氧化釩薄膜的每個圓柱形單元形成一個圓柱形介質(zhì)柱，介電柱的高度為250nm，氧化釩薄膜的厚度為200nmo
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的具有周期結(jié)構(gòu)的氧化釩薄膜，其特征在于，所述多個圓柱形單元所形成的排列結(jié)構(gòu)中，圓柱形單元在氧化釩薄膜所在的二維平面上呈正方形排布，圓柱形單元的底面半徑r和所述正方形排列結(jié)構(gòu)的排布周期，即正方形的邊長a的，其比值r/a = 0.35。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有周期結(jié)構(gòu)的氧化釩薄膜，其特征在于，所述排布周期a為500nm，所述的圓形單元的半徑r為175nm。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種增加氧化釩薄膜近紅外波段吸收率的方法，包括以下步驟：通過化學(xué)腐蝕、光刻或壓印中的一種，在氧化釩薄膜表面形成呈正方形排列的多個圓柱形單元，該多個圓柱形單元所形成的排列結(jié)構(gòu)與空氣形成折射率高低交錯的光子晶體結(jié)構(gòu)，利用周期結(jié)構(gòu)對入射波的耦合，將入射波耦合為面內(nèi)的Bloch波模式，從而增加氧化釩薄膜在近紅外波段的光吸收率。利用本發(fā)明所提出的增加氧化釩薄膜近紅外波段光吸收率的方法所制備的氧化釩薄膜，與未采用光子晶體周期結(jié)構(gòu)的氧化釩薄膜相比，基于本發(fā)明制造的氧化釩薄膜在700nm-1700nm波段吸收率明顯高于前者。
【IPC分類】G02B1-00, G02B1-111
【公開號】CN104698511
【申請?zhí)枴緾N201510048037
【發(fā)明人】洪瑋, 王哲, 顧國華, 陳錢
【申請人】南京理工大學(xué)
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年1月29日