基于表面等离激元的硅基微结构材料红外光学特性研究

发布时间：2021-04-15 11:48

　　硅是地壳中含量最丰富的元素之一,具有许多优异的特点:首先,圆晶硅加工方便,机械性能良好,相较其他的半导体材料成本更低;其次,硅的折射率较大,且在通讯波长是透明的,在某些波段非常适合作传输波导;第三,硅基光电子技术与目前成熟的互补金属氧化物半导体工艺高度兼容,技术经验积累十分充足;另外,硅的等离子体色散效应非常显著,基于此的硅基光调制技术也在不断取得突破。可以说,硅是目前应用最为广泛的半导体材料。但由于自身的禁带宽度较大（1.12 eV）,硅无法吸收波长大于1100 nm的光,这就限制了硅材料在红外范围内的应用。为了拓展硅材料的吸收范围,研究人员提出了在硅材料表面制作金属微纳结构,激发表面等离极化激元的方式,来提高材料在红外波段的吸收。针对表面等离激元的研究是微纳光学领域近年来最受关注的热点之一。表面等离极化激元是一种沿金属-介质界面传播的特殊的表面波,能有效地将能量限制在一个非常薄的范围内。这种表面波具有较大的波矢,有机会突破衍射极限,并能在近场范围内导致明显的场增强效果,实现在亚波长尺度下的光场调控作用。另外,表面等离极化激元在传播过程中会无辐射衰减形成热电子,这意味着限制材料吸收波... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)吉林省

【文章页数】：138 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

硅材料的广泛应用Figure1.1WideapplicationsforSimaterial

的光吸收原理相邻原子之间的相互作用是很强的，因此不能个相互独立的个体。根据能带理论，价带电子不整个系统所共有。在近自由电子近似中，所有性的等效势场，通过求解薛定谔方程对电子能量就是半导体材料中的能带结构。每个能带中都为这些离散能级是准连续分布的。价带和导带间隔的距离被称为禁带宽度（Eg），是固体材料性、光吸收本领等许多特性都与它有着密不的材料称为电导体，带隙较宽（ 3 eV）的材料在 0.1 eV~3 eV 之间的材料称为半导体。图 1.图。

激元学简介从本质上了解等离激元的概念，需要回溯到两种最基本的粒子和光子。在过去的几十年里，科学技术的进步和革新极大地。这些令人瞩目的创新成果很多都是基于我们对这两种粒子的导体领域，对电子愈加精细的控制导致了一系列的重大突破，手机，以及数码相机等等。另一方面，一些基于光子控制的材展也对社会产生了巨大影响，例如无线通讯、光纤及微波技术电子和光子设备都有其自身的局限性—电子设备具有纳米量应速度比较低，一般小于 10 GHz；基于光子的设备则恰恰相应速度及带宽，但是其体积和尺寸会受制于衍射定律，无法进

【参考文献】：
期刊论文
[1]面向产业需求的21世纪微电子技术的发展（上）[J]. 王阳元,黄如,刘晓彦,张兴.  物理. 2004(06)



本文编号：3139277