表面等离激元红外天线耦合纳测辐射热探测器研究

摘要

表面等离激元(Surface Plasmons, SP)以其高强度局域场和表面受限性的特点备受关注。基于SP原理制备的器件可以在亚波长区域或纳米区域进行光场能量的调节，该特性为构建新型光电器件提供了思路，SP光学天线就是其中研究热点之一。混合相氧化钒(VOX)薄膜是构成微测辐射热红外探测器的主要热敏材料之一，将SPP光学天线与VOX纳米线耦合构成新型纳测辐射热计以发展一种新型高性能红外探测器是本文的主要研究内容。
　　本文主要对光学天线和VOX纳米线在8~12?m长波红外波段内的光学特性，耦合SPP天线的VOX纳米线进行光学性能和热学性能进行仿真分析，并且设计制备了原型器件，为进一步优化器件结构和工艺改进提供了理论和实验支持。
　　主要内容包括：
　　（1）利用多物理场有限元仿真软件COMSOL Multiphysics对光学天线的局域场增强性能进行仿真研究。在仿真中分别对光学天线的几何参数（臂长、厚度和宽度）、周围介质环境、衬底层等对天线场增强特性的影响进行了研究。
　　（2）利用COMSOL软件研究了天线耦合VOX纳米线探测器的光学特性和热学特性。通过对其结构参数、耦合方式、衬底以及反射层的研究，发现谐振腔效应、金属反射层及多天线耦合能够大幅度提升VOX纳米线光热性能。
　　（3）设计天线耦合红外探测器的制备工艺流程，并制备了原型器件。对其中电子束光刻和镀膜工艺参数分别进行优化，同时解决器件制作中金属互连问题。