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          微電子所在納米森林等離激元效應的微器件應用研究方面取得新進展

          稿件來源:先導中心 毛海央 崔冬萌 發布時間:2021-07-22

            近日,微電子所集成電路先導工藝研發中心在納米森林等離激元光吸收效應及其微器件應用研究方面取得重要進展。 

            光的吸收與利用在能源、成像等領域有著重要意義。隨著光吸收材料與技術的進展,基于等離激元效應的光吸收材料與結構因其在特定波長范圍內超高吸收率和光-電、光-熱轉換能力而受到廣泛關注??杉ぐl等離激元效應的傳統結構因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,限制了結構的應用。此外,傳統制備等離激元結構的工藝一般較為復雜,常需依賴尖端設備,進一步限制了其與微器件的大規模集成應用。 

            基于以上問題,微電子所陳大鵬研究員課題組與長春光機所李紹娟研究員課題組、中北大學熊繼軍教授課題組合作,利用等離子體轟擊添加硅烷偶聯劑的聚酰亞胺,開發了一種納米森林結構的簡單制備工藝,該工藝與常規半導體工藝具有完全的兼容性。在此基礎上,團隊提出了一種銀納米顆粒覆蓋下的復合納米森林結構,利用銀納米顆粒間的局域表面等離激元共振、納米纖維間的腔共振以及納米纖維內部的波導模式共振,實現了多重雜化等離激元效應,在300-2500nm寬波段內成功獲得了超過90%的平均吸收率。團隊利用等離激元的光-熱轉換效應,實現了復合納米森林結構在MEMS熱電堆傳感器上的原位集成,成功實現了最大433%的器件輸出性能提升。 

            基于本研究成果的論文 Quasi-ordered nanoforests with hybrid plasmon resonances for broadband absorption and photodetection近期發表在《先進功能材料》期刊上 (Advanced Functional Materials, DOI: 10.1002/adfm.202102840)。微電子所先導中心碩士研究生李茂為該文章的第一作者,微電子所毛海央研究員、長春光機所李紹娟研究員和中北大學熊繼軍教授為該文章的共同通訊作者。 

           

          1 基于復合納米森林的光吸收結構制備工藝流程和SEM

          2 集成納米森林的MEMS熱電堆傳感器結構與測試結果 

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