摘要：中國科學(xué)院微電子研究所毛海央研究員課題組與中國科學(xué)院長春光機所李紹娟研究員課題組、中北大學(xué)熊繼軍教授課題組合作，通過使用等離子體轟擊聚合物工藝并結(jié)合金屬納米顆粒的磁控濺射工藝，得到了一種對偏振和入射角不敏感的寬譜高吸收復(fù)合納米森林結(jié)構(gòu)，通過將該結(jié)構(gòu)原位集成于MEMS熱電堆傳感器上實現(xiàn)了器件輸出電壓的顯著提升。

該成果以”Quasi-ordered nanoforests with hybrid plasmon resonances for broadband absorption and photodetection” 為題發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上。

太陽能被認為是一種可再生、免費、清潔和廣泛可用的能源，寬光譜高吸收結(jié)構(gòu)體可以高效率地利用太陽能。近年來，探索在寬光譜范圍內(nèi)具有高吸收系數(shù)的材料或結(jié)構(gòu)引起了廣泛關(guān)注?；诘入x激元共振效應(yīng)的光吸收材料與結(jié)構(gòu)因其在特定范圍內(nèi)超高的吸收率以及超強的光-電、光-熱轉(zhuǎn)化能力而受到廣泛關(guān)注。

但是，可激發(fā)等離激元共振效應(yīng)的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)其高吸收波段的帶寬一般較窄，大大降低了對光的利用效率，限制了結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。另外，傳統(tǒng)制備等離激元結(jié)構(gòu)的工藝一般較為復(fù)雜，常需依賴尖端設(shè)備，這也進一步限制了它們與微器件的大規(guī)模集成應(yīng)用。

作者創(chuàng)新性地利用銀納米顆粒包裹的準有序納米森林結(jié)構(gòu)（Ag-QNF）來實現(xiàn)多重雜化等離激元共振效應(yīng)，得到了太陽光譜（300nm-2500nm）范圍內(nèi)的高吸收，且對光的偏振和入射角度不敏感。這種結(jié)構(gòu)制備簡單，又具有良好的工藝兼容性，可原位集成在MEMS熱電堆傳感器上，實現(xiàn)器件性能的顯著提升。

本文亮點

1. 利用在聚酰亞胺（PI）中添加硅烷偶聯(lián)劑（SCA）并使用等離子體轟擊的方法，通過簡單的工藝流程制備了準有序納米森林結(jié)構(gòu)。

2. 利用銀納米顆粒包裹的準有序納米森林結(jié)構(gòu)（Ag-QNF）實現(xiàn)了多重雜化等離激元共振效應(yīng)，得到了太陽光譜（300nm-2500nm）范圍內(nèi)超過90%的吸收率。

3. 將結(jié)構(gòu)原位集成于MEMS熱電堆傳感器上，相比于原來的熱電堆器件，實現(xiàn)了433%的輸出電壓提升。

4. 工藝簡單，兼容性好，可以批量生產(chǎn)，有望在更多的光電器件中應(yīng)用。

作者簡介

【第一作者】李茂，中國科學(xué)院微電子研究所碩士研究生

【通訊作者】毛海央，中國科學(xué)院微電子研究所研究員

【通訊作者】李紹娟，中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所研究員

【通訊作者】熊繼軍，中北大學(xué)教授

文獻信息

題目：Quasi-ordered nanoforests with hybrid plasmon resonances for broadband absorption and photodetection

文獻鏈接

https://doi.org/10.1002/adfm.202102840

編輯：jq