一种具有选择吸收特性的薄膜结构及其制备方法
【专利摘要】本申请公开了一种具有选择吸收特性的薄膜结构及其制备方法，其中，薄膜结构包括：基底；位于基底表面的第一金属薄膜；位于第一金属薄膜背离基底一侧表面的介质薄膜层；位于介质薄膜层背离第一金属薄膜一侧表面的第二金属薄膜。发明人研究发现上述结构的薄膜结构为具有MIM波导特性的选择吸收结构，并且通过MIM波导特性计算发现，通过改变介质薄膜层的厚度可以改变具有选择吸收特性的薄膜结构的吸收峰的中心波长，通过改变第二金属薄膜的厚度可以改变具有选择吸收特性的薄膜结构的吸收峰的半波带宽，从而可以通过调整介质薄膜层以及第二金属薄膜的厚度改变具有吸收特性的薄膜结构的选择吸收特性。
【专利说明】
一种具有选择吸收特性的薄膜结构及其制备方法
技术领域
[0001 ]本申请涉及选择吸收技术领域，更具体地说，涉及一种具有选择吸收特性的薄膜结构及其制备方法。
【背景技术】
[0002]光的选择吸收主要应用于隐身、热发射、光显示、光伏、太阳能电池等领域。传统的选择吸收结构都是利用染料或者颜料对某个波长的吸收特性制备选择吸收器件，但是由于染料或者颜料本身的光褪色特性，利用染料或颜料制备的选择吸收器件在光照下较易失去选择吸收功能，因此其稳定性较差。
[0003]随着纳米光电子学的不断发展，表面等离子纳米结构提供了一种纳米尺度下控制光与物质相互作用的新的作用方式，目前可实现选择吸收的所述纳米结构主要包括超材料、金属等离子纳米结构等，但是为了得到选择吸收特性，所述纳米结构的尺寸往往处于光波长量级甚至深亚波长量级，并且由于所述纳米结构的加工精度要求较高，难以进行大面积制备。
[0004]因此，亟需一种稳定性较高且可进行大面积制备的具有选择吸收特性的结构。
【发明内容】
[0005]为解决上述技术问题，本发明提供了一种具有选择吸收特性的薄膜结构及其制备方法，以实现提供一种稳定性较高且可进行大面积制备的具有选择吸收特性的结构的目的。
[0006]为实现上述技术目的，本发明实施例提供了如下技术方案:
[0007]—种具有选择吸收特性的薄膜结构，包括:
[0008]基底；
[0009]位于所述基底表面的第一金属薄膜；
[0010]位于所述第一金属薄膜背离所述基底一侧表面的介质薄膜层；
[0011]位于所述介质薄膜层背离所述第一金属薄膜一侧表面的第二金属薄膜。
[0012]优选的，还包括:
[0013]位于所述第二金属薄膜背离所述介质薄膜层一侧表面的保护层。
[0014]优选的，所述保护层为二氧化硅薄膜层或氮化硅薄膜层或二氧化钛薄膜层或氧化铝薄膜层或硫化锌薄膜层或砸化锌薄膜层；
[0015]所述介质薄膜层为二氧化硅薄膜层或氮化硅薄膜层或二氧化钛薄膜层或氧化铝薄膜层或硫化锌薄膜层或砸化锌薄膜层。
[0016]优选的，所述保护层的厚度的取值范围为5nm-10nm，包括端点值。
[0017]优选的，所述介质薄膜层的厚度的取值范围为80nm-200nm，包括端点值。
[0018]优选的，所述第二金属薄膜为金薄膜或银薄膜或铝薄膜或铜薄膜。
[0019]优选的，所述第一金属薄膜的厚度的取值范围为100nm±10nm，包括端点值。
[0020]优选的，所述基底为二氧化硅基底或聚甲基丙烯酸甲酯基底或聚碳酸酯基底。
[0021 ] 一种具有选择吸收特性的薄膜结构的制备方法，包括:
[0022]提供基底；
[0023]在所述基底表面制备第一金属薄膜；
[0024]在所述第一金属薄膜背离所述基底一侧表面制备介质薄膜层；
[0025]在所述介质薄膜层背离所述第一金属薄膜一侧制备第二金属薄膜。
[0026]优选的，在所述介质薄膜层背离所述第一金属薄膜一侧制备第二金属薄膜之后还包括:
[0027]在所述第二金属薄膜背离所述介质薄膜层一侧表面制备保护层。
[0028]从上述技术方案可以看出，本发明实施例提供了一种具有选择吸收特性的薄膜结构及其制备方法，其中，所述具有选择吸收特性的薄膜结构包括:基底;位于所述基底表面的第一金属薄膜;位于所述第一金属薄膜背离所述基底一侧表面的介质薄膜层以及位于所述介质薄膜层背离所述第一金属薄膜一侧表面的第二金属薄膜。发明人研究发现上述结构的薄膜结构为具有MM波导特性的选择吸收结构，并且通过MM波导特性计算发现，通过改变所述介质薄膜层的厚度可以改变所述具有选择吸收特性的薄膜结构的吸收峰的中心波长，通过改变所述第二金属薄膜的厚度可以改变所述具有选择吸收特性的薄膜结构的吸收峰的半波带宽，从而可以通过调整所述介质薄膜层以及第二金属薄膜的厚度改变所述具有吸收特性的薄膜结构的选择吸收特性。
[0029]进一步的，由于所述具有吸收特性的薄膜结构主要由第一金属层、第二金属层和介质薄膜层构成，各层稳定性较好，因此其自身稳定性较高;且所述第一金属层、第二金属层和介质薄膜层的制备工艺简单，制备成本低，可以实现大面积无光刻制备。
【附图说明】
[0030]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0031]图1为本申请的一个实施例提供的一种具有选择吸收特性的薄膜结构的结构示意图；
[0032]图2为本申请的另一个实施例提供的一种具有选择吸收特性的薄膜结构的结构示意图；
[0033]图3为具有不同介质薄膜层厚度的具有选择吸收特性的薄膜结构的吸收谱线图；
[0034]图4为具有不同第二金属层厚度的具有选择吸收特性的薄膜结构的吸收谱线图；
[0035]图5(a)为所述第二金属层为金薄膜时的具有选择吸收特性的薄膜结构的吸收谱线图；
[0036]图5(b)为所述第二金属层为铝薄膜时的具有选择吸收特性的薄膜结构的吸收谱线图；
[0037]图5(c)为所述第二金属层为铜薄膜时的具有选择吸收特性的薄膜结构的吸收谱线图；
[0038]图6为本申请的一个实施例提供的一种具有选择吸收特性的薄膜结构的制备流程示意图；
[0039]图7为本申请的一个优选实施例提供的一种具有选择吸收特性的薄膜结构的制备流程示意图；
[0040]图8为本申请的一个具体实施例提供的一种具有选择吸收特性的薄膜结构的制备流程示意图。
【具体实施方式】
[0041]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0042]本申请实施例提供了一种具有选择吸收特性的薄膜结构，如图1所示，包括:
[0043]基底100;
[0044]位于所述基底100表面的第一金属薄膜200;
[0045]位于所述第一金属薄膜200背离所述基底100—侧表面的介质薄膜层300;
[0046]位于所述介质薄膜层300背离所述第一金属薄膜200—侧表面的第二金属薄膜400。
[0047]需要说明的是，发明人研究发现上述结构的薄膜结构为具有MIM波导特性的选择吸收结构，并且通过M頂波导特性计算发现，通过改变所述介质薄膜层300的厚度可以改变所述具有选择吸收特性的薄膜结构的吸收峰的中心波长，通过改变所述第二金属薄膜400的厚度可以改变所述具有选择吸收特性的薄膜结构的吸收峰的半波带宽，从而可以通过调整所述介质薄膜层300以及第二金属薄膜400的厚度改变所述具有吸收特性的薄膜结构的选择吸收特性。
[0048]进一步的，由于所述具有吸收特性的薄膜结构主要由第一金属层、第二金属层和介质薄膜层300构成，结构简单，并且各层稳定性和光吸收效率较好，因此其自身稳定性和光吸收效率较高;且所述第一金属层、第二金属层和介质薄膜层300的制备工艺简单，制备成本低，可以实现大面积无光刻制备。
[0049]还需要说明的是，所述具有吸收特性的薄膜结构的设计过程主要包括:
[0050]A:根据所需要的吸收峰波长设计范围选择所述第一金属薄膜200、第二金属薄膜400、介质薄膜层300以及基底100的种类；
[0051 ] B:根据MIM波导理论和仿真设计方法确定所述第一金属薄膜200、第二金属薄膜400和介质薄膜层300的厚度；
[0052]C:通过调整所述介质薄膜层300的厚度得到具有不同吸收峰波长的具有选择吸收特性的薄膜结构；
[0053]D:通过调整所述第二金属薄膜400的厚度得到具有不同吸收峰波长半波带宽的具有选择吸收特性的薄膜结构。
[0054]在步骤D中，调整所述第二金属薄膜400的厚度主要通过改变所述第二金属薄膜400与所述介质薄膜层300之间的耦合强度来实现。
[0055]在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，如图2所示，所述具有选择吸收特性的薄膜结构还包括:
[0056]位于所述第二金属薄膜400背离所述介质薄膜层300—侧表面的保护层500。
[0057]需要说明的是，所述保护层500主要用于保护第二金属层，减缓第二金属层的氧化速度。
[0058]在上述实施例的基础上，在本申请的另一个实施例中，所述保护层500为二氧化硅薄膜层或氮化硅薄膜层或二氧化钛薄膜层或氧化铝薄膜层或硫化锌薄膜层或砸化锌薄膜层。
[0059]需要说明的是，所述保护层500可以通过磁控溅射法或等离子增强化学气相沉积法进行制备，本申请对所述保护层500的具体种类和具体制备方法并不做限定，具体视实际情况而定。
[0060]在上述实施例的基础上，在本申请的又一个实施例中，所述保护层500的厚度的取值范围为5nm-10nm，包括端点值。本申请对所述保护层500的厚度的具体取值并不做限定，具体视实际情况而定。
[0061]在上述实施例的基础上，在本申请的再一个实施例中，所述介质薄膜层300的厚度的取值范围为80nm-200nm，包括端点值。
[0062]本申请对所述介质薄膜层300的厚度的具体取值并不做限定，具体根据所述具有选择吸收特性的薄膜结构的吸收峰的中心波长而定。
[0063]在上述实施例的基础上，在本申请的一个优选实施例中，所述第二金属薄膜400为金薄膜或银薄膜或铝薄膜或铜薄膜。本申请对所述第二金属层的具体种类并不做限定，具体视实际情况而定。
[0064]当所述第二金属层为金薄膜制备所述具有选择吸收特性的薄膜结构时，所述具有选择吸收特性的薄膜结构的吸收峰的中心波长在可见光波段范围内的最佳厚度为25nm;当所述第二金属层为银薄膜制备所述具有选择吸收特性的薄膜结构时，所述具有选择吸收特性的薄膜结构的吸收峰的中心波长在可见光波段范围内的最佳厚度为30nm;当所述第二金属层为铜薄膜制备所述具有选择吸收特性的薄膜结构时，所述具有选择吸收特性的薄膜结构的吸收峰的中心波长在可见光波段范围内的最佳厚度为20nm;当所述第二金属层为铝薄膜制备所述具有选择吸收特性的薄膜结构时，所述具有选择吸收特性的薄膜结构的吸收峰的中心波长在可见光波段范围内的最佳厚度为5nm。
[0065]在上述实施例的基础上，在本申请的另一个优选实施例中，所述第一金属薄膜200的厚度的取值范围为100nm± 1nm，包括端点值。在本申请的其他实施例中，所述第一金属薄膜200的厚度的优选取值为lOOnm。但本申请对所述第一金属薄膜200的厚度的具体取值并不做限定，具体视实际情况而定。
[0066]在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述基底100可以为二氧化硅基底或聚甲基丙烯酸甲酯基底或聚碳酸酯基底。本申请对所述基底100的具体种类并不做限定，具体视实际情况而定。
[0067]为了更好的说明本申请实施例提供的所述具有选择吸收特性的薄膜结构的选择吸收特性，下面将以一个具体实施例说明。
[0068]在本实施例中，所述第一金属层及第二金属层均为银金属层，所述介质薄膜层300及保护层500均为二氧化硅层。
[0069]金属银在可见光以及红外波段均具有较高的反射率(>90%)。二氧化硅的折射率为1.46，制备的具有选择吸收特性的薄膜结构的吸收峰的中心波长取决于作为所述介质薄膜层300的二氧化硅层的厚度。作为所述保护层500的二氧化硅层的厚度选择为5nm;所述基底100选择为载玻片(主要材料为二氧化硅，折射率为1.46)，其厚度约为Imm。
[0070]下面进行所述具有选择吸收特性的薄膜结构的各层厚度设计:
[0071]首先为了使入射光可以高效率的被所述第一金属层吸收而减小透射，因此下金属层的厚度选择为I OOnm O
[0072]然后根据多光束干涉特性，一般将所述介质薄膜层300的厚度初步选定为λ/4，其中λ为带吸收光线的波长，利用传输矩阵或者roTD时域仿真计算可知作为所述介质薄膜层300的二氧化硅的厚度范围在80nm-200nm时可以覆盖整个可见光波段。如图3所示，当作为所述介质薄膜层300的二氧化娃的厚度分别为lOOnm、120nm、140nm、160nm和180nm时，对应的所述具有选择吸收特性的薄膜结构的吸收峰中心波长分别为472]1111、52511111、58111111、63711111和695nm。
[0073]所述第二金属层的厚度的选择需要同时考虑光的透射深度与材料损耗，选择标准是共振腔的局域与光耦合之间平衡;如图4所示，由于耦合强度的影响，具有不同的第二金属层厚度的具有选择吸收特性的薄膜结构吸收峰的半波带宽不同:所述第二金属层的厚度越大，对应的具有选择吸收特性的薄膜结构的吸收峰的半波带宽越小;所述第二金属层的厚度越小，对应的具有选择吸收特性的薄膜结构的吸收峰的半波带宽越大；
[0074]由于所述保护层500主要用来防止所述第二金属层的氧化，若厚度较大，所述保护层500中多光束干涉引起的反射降低了所述具有选择吸收特性的薄膜结构的光吸收效率；而如果所述保护层500的厚度较小，其自身的加工精度要求较高且易损坏。因此，通过仿真计算得知最佳的保护层500的厚度的取值范围为5nm-10nm，包括端点值;在本申请的一个优选实施例中，所述保护层500的优选厚度为5nm。
[0075]在下面的几个实施例中，我们利用不同种类的第二金属层(金薄膜、铝薄膜和铜薄膜)进行对比实验。
[0076]实施例1:
[0077]在本实施例中，以25nm的金薄膜作为所述第二金属层制备了五组所述具有选择吸收特性的薄膜结构，如图5(a)所示，这五组具有选择吸收特性的薄膜结构的介质薄膜层300分别为100nm、120nm、140nm、160nm和180nm的二氧化娃层，对应的吸收峰的中心波长分别为541nm、581nm、627nm、678nn^P730nmo
[0078]实施例2:
[0079]在本实施例中，以5nm的铝薄膜作为所述第二金属层制备了五组所述具有选择吸收特性的薄膜结构，如图5(b)所示，这五组具有选择吸收特性的薄膜结构的介质薄膜层300分别为100nm、120nm、140nm、160nm和180nm的二氧化娃层，对应的吸收峰的中心波长分别为432nm、494nm、559nm、622nm和686nm。
[0080]实施例3:
[0081]在本实施例中，以20nm的铜薄膜作为所述第二金属层制备了五组所述具有选择吸收特性的薄膜结构，如图5(c)所示，这五组具有选择吸收特性的薄膜结构的介质薄膜层300分别为100nm、120nm、140nm、160nm和180nm的二氧化娃层，对应的吸收峰的中心波长分别为526nm、570nm、617nm、668nm和722nm0
[0082]综上所述，本申请实施例提供了一种具有选择吸收特性的薄膜结构，包括:基底100;位于所述基底100表面的第一金属薄膜200;位于所述第一金属薄膜200背离所述基底100—侧表面的介质薄膜层300以及位于所述介质薄膜层300背离所述第一金属薄膜200—侧表面的第二金属薄膜400。发明人研究发现上述结构的薄膜结构为具有MM波导特性的选择吸收结构，并且通过M頂波导特性计算发现，通过改变所述介质薄膜层300的厚度可以改变所述具有选择吸收特性的薄膜结构的吸收峰的中心波长，通过改变所述第二金属薄膜400的厚度可以改变所述具有选择吸收特性的薄膜结构的吸收峰的半波带宽，从而可以通过调整所述介质薄膜层300以及第二金属薄膜400的厚度改变所述具有吸收特性的薄膜结构的选择吸收特性。
[0083]进一步的，由于所述具有吸收特性的薄膜结构主要由第一金属层、第二金属层和介质薄膜层300构成，各层稳定性较好，因此其自身稳定性较高;且所述第一金属层、第二金属层和介质薄膜层300的制备工艺简单，制备成本低，可以实现大面积无光刻制备。
[0084]相应的，本申请实施例还提供了一种具有选择吸收特性的薄膜结构的制备方法，如图6所示，包括:
[0085]SlOl:提供基底 100;
[0086]S102:在所述基底100表面制备第一金属薄膜200;
[0087]S103:在所述第一金属薄膜200背离所述基底100—侧表面制备介质薄膜层300;
[0088]S104:在所述介质薄膜层300背离所述第一金属薄膜200—侧制备第二金属薄膜400。
[0089]需要说明的是，发明人研究发现上述结构的薄膜结构为具有MIM波导特性的选择吸收结构，并且通过M頂波导特性计算发现，通过改变所述介质薄膜层300的厚度可以改变所述具有选择吸收特性的薄膜结构的吸收峰的中心波长，通过改变所述第二金属薄膜400的厚度可以改变所述具有选择吸收特性的薄膜结构的吸收峰的半波带宽，从而可以通过调整所述介质薄膜层300以及第二金属薄膜400的厚度改变所述具有吸收特性的薄膜结构的选择吸收特性。
[0090]进一步的，由于所述具有吸收特性的薄膜结构主要由第一金属层、第二金属层和介质薄膜层300构成，结构简单，并且各层稳定性和光吸收效率较好，因此其自身稳定性和光吸收效率较高;且所述第一金属层、第二金属层和介质薄膜层300的制备工艺简单，制备成本低，可以实现大面积无光刻制备。
[0091]还需要说明的是，所述具有吸收特性的薄膜结构的设计过程主要包括:
[0092]A:根据所需要的吸收峰波长设计范围选择所述第一金属薄膜200、第二金属薄膜400、介质薄膜层300以及基底100的种类；
[0093]B:根据MIM波导理论和仿真设计方法确定所述第一金属薄膜200、第二金属薄膜400和介质薄膜层300的厚度；
[0094]C:通过调整所述介质薄膜层300的厚度得到具有不同吸收峰波长的具有选择吸收特性的薄膜结构；
[0095]D:通过调整所述第二金属薄膜400的厚度得到具有不同吸收峰波长半波带宽的具有选择吸收特性的薄膜结构。
[0096]在步骤D中，调整所述第二金属薄膜400的厚度主要通过改变所述第二金属薄膜400与所述介质薄膜层300之间的耦合强度来实现。
[0097]在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，如图2所示，所述具有选择吸收特性的薄膜结构还包括:
[0098]位于所述第二金属薄膜400背离所述介质薄膜层300—侧表面的保护层500。
[0099]需要说明的是，所述保护层500主要用于保护第二金属层，减缓第二金属层的氧化速度。
[0100]在上述实施例的基础上，在本申请的另一个实施例中，所述保护层500为二氧化硅薄膜层或氮化硅薄膜层或二氧化钛薄膜层或氧化铝薄膜层或硫化锌薄膜层或砸化锌薄膜层。
[0101]需要说明的是，所述保护层500可以通过磁控溅射法或等离子增强化学气相沉积法进行制备，本申请对所述保护层500的具体种类和具体制备方法并不做限定，具体视实际情况而定。
[0102]在上述实施例的基础上，在本申请的又一个实施例中，所述保护层500的厚度的取值范围为5nm-10nm，包括端点值。本申请对所述保护层500的厚度的具体取值并不做限定，具体视实际情况而定。
[0103]在上述实施例的基础上，在本申请的再一个实施例中，所述介质薄膜层300的厚度的取值范围为80nm-200nm，包括端点值。
[0104]本申请对所述介质薄膜层300的厚度的具体取值并不做限定，具体根据所述具有选择吸收特性的薄膜结构的吸收峰的中心波长而定。
[0105]在上述实施例的基础上，在本申请的一个优选实施例中，所述第二金属薄膜400为金薄膜或银薄膜或铝薄膜或铜薄膜。本申请对所述第二金属层的具体种类并不做限定，具体视实际情况而定。
[0106]当所述第二金属层为金薄膜制备所述具有选择吸收特性的薄膜结构时，所述具有选择吸收特性的薄膜结构的吸收峰的中心波长在可见光波段范围内的最佳厚度为25nm;当所述第二金属层为银薄膜制备所述具有选择吸收特性的薄膜结构时，所述具有选择吸收特性的薄膜结构的吸收峰的中心波长在可见光波段范围内的最佳厚度为30nm;当所述第二金属层为铜薄膜制备所述具有选择吸收特性的薄膜结构时，所述具有选择吸收特性的薄膜结构的吸收峰的中心波长在可见光波段范围内的最佳厚度为20nm;当所述第二金属层为铝薄膜制备所述具有选择吸收特性的薄膜结构时，所述具有选择吸收特性的薄膜结构的吸收峰的中心波长在可见光波段范围内的最佳厚度为5nm。
[0107]在上述实施例的基础上，在本申请的另一个优选实施例中，所述第一金属薄膜200的厚度的取值范围为100nm± 1nm，包括端点值。在本申请的其他实施例中，所述第一金属薄膜200的厚度的优选取值为lOOnm。但本申请对所述第一金属薄膜200的厚度的具体取值并不做限定，具体视实际情况而定。
[0108]在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述基底100可以为二氧化硅基底或聚甲基丙烯酸甲酯基底或聚碳酸酯基底。本申请对所述基底100的具体种类并不做限定，具体视实际情况而定。
[0109]为了更好的说明本申请实施例提供的所述具有选择吸收特性的薄膜结构的选择吸收特性，下面将以一个具体实施例说明。
[0110]在本实施例中，所述第一金属层及第二金属层均为银金属层，所述介质薄膜层300及保护层500均为二氧化硅层。
[0111]金属银在可见光以及红外波段均具有较高的反射率(>90%)。二氧化硅的折射率为1.46，制备的具有选择吸收特性的薄膜结构的吸收峰的中心波长取决于作为所述介质薄膜层300的二氧化硅层的厚度。作为所述保护层500的二氧化硅层的厚度选择为5nm;所述基底100选择为载玻片(主要材料为二氧化硅，折射率为1.46)，其厚度约为Imm。
[0112]下面进行所述具有选择吸收特性的薄膜结构的各层厚度设计:
[0113]首先为了使入射光可以高效率的被所述第一金属层吸收而减小透射，因此下金属层的厚度选择为I OOnm O
[0114]然后根据多光束干涉特性，一般将所述介质薄膜层300的厚度初步选定为λ/4，其中λ为带吸收光线的波长，利用传输矩阵或者roTD时域仿真计算可知作为所述介质薄膜层300的二氧化硅的厚度范围在80nm-200nm时可以覆盖整个可见光波段。如图3所示，当作为所述介质薄膜层300的二氧化娃的厚度分别为lOOnm、120nm、140nm、160nm和180nm时，对应的所述具有选择吸收特性的薄膜结构的吸收峰中心波长分别为472]1111、52511111、58111111、63711111和695nm。
[0115]所述第二金属层的厚度的选择需要同时考虑光的透射深度与材料损耗，选择标准是共振腔的局域与光耦合之间平衡;如图4所示，由于耦合强度的影响，具有不同的第二金属层厚度的具有选择吸收特性的薄膜结构吸收峰的半波带宽不同:所述第二金属层的厚度越大，对应的具有选择吸收特性的薄膜结构的吸收峰的半波带宽越小;所述第二金属层的厚度越小，对应的具有选择吸收特性的薄膜结构的吸收峰的半波带宽越大；
[0116]由于所述保护层500主要用来防止所述第二金属层的氧化，若厚度较大，所述保护层500中多光束干涉引起的反射降低了所述具有选择吸收特性的薄膜结构的光吸收效率；而如果所述保护层500的厚度较小，其自身的加工精度要求较高且易损坏。因此，通过仿真计算得知最佳的保护层500的厚度的取值范围为5nm-10nm，包括端点值;在本申请的一个优选实施例中，所述保护层500的优选厚度为5nm。
[0117]在下面的几个实施例中，我们利用不同种类的第二金属层(金薄膜、铝薄膜和铜薄膜)进行对比实验。
[0118]实施例1:
[0119]在本实施例中，以25nm的金薄膜作为所述第二金属层制备了五组所述具有选择吸收特性的薄膜结构，如图5(a)所示，这五组具有选择吸收特性的薄膜结构的介质薄膜层300分别为100nm、120nm、140nm、160nm和180nm的二氧化娃层，对应的吸收峰的中心波长分别为541nm、581nm、627nm、678nn^P730nmo
[0120]实施例2:
[0121]在本实施例中，以5nm的铝薄膜作为所述第二金属层制备了五组所述具有选择吸收特性的薄膜结构，如图5(b)所示，这五组具有选择吸收特性的薄膜结构的介质薄膜层300分别为100nm、120nm、140nm、160nm和180nm的二氧化娃层，对应的吸收峰的中心波长分别为432nm、494nm、559nm、622nm和686nm。
[0122]实施例3:
[0123]在本实施例中，以20nm的铜薄膜作为所述第二金属层制备了五组所述具有选择吸收特性的薄膜结构，如图5(c)所示，这五组具有选择吸收特性的薄膜结构的介质薄膜层300分别为100nm、120nm、140nm、160nm和180nm的二氧化娃层，对应的吸收峰的中心波长分别为526nm、570nm、617nm、668nm和722nm0
[0124]在上述实施例的基础上，在本申请的另一个实施例中，如图7所示，在所述介质薄膜层300背离所述第一金属薄膜200—侧制备第二金属薄膜400之后还包括:
[0125]S105:在所述第二金属薄膜400背离所述介质薄膜层300—侧表面制备保护层500。
[0126]需要说明的是，所述第一金属薄膜200、介质薄膜层300、第二金属薄膜400和保护层500均可以采用磁控溅射法或等离子增强化学气相沉积法进行制备。本申请对其采用的具体制备方法并不做限定，具体视实际情况而定。
[0127]本申请的一个具体实施例提供了一种具有选择吸收特性的薄膜结构的制备方法的具体流程，如图8所示，包括:
[0128]S201:利用酒精溶液超声清洗所述基底100;
[0129]S202:将清洗后的基底100利用氮气吹干备用；
[0130]S203:利用磁控溅射法在所述基底100表面沉积第一金属层；
[0131]S204:利用等离子增强化学气相沉积法在所述第一金属层背离所述基底100—侧表面沉积一层介质薄膜层300 ；
[0132]S205:利用磁控溅射法在所述介质薄膜层300背离所述第一金属层表面沉积一层保护层500。
[0133]综上所述，本申请实施例提供了一种具有选择吸收特性的薄膜结构及其制备方法，其中，所述具有选择吸收特性的薄膜结构包括:基底100;位于所述基底100表面的第一金属薄膜200;位于所述第一金属薄膜200背离所述基底100—侧表面的介质薄膜层300以及位于所述介质薄膜层300背离所述第一金属薄膜200—侧表面的第二金属薄膜400。发明人研究发现上述结构的薄膜结构为具有M頂波导特性的选择吸收结构，并且通过M頂波导特性计算发现，通过改变所述介质薄膜层300的厚度可以改变所述具有选择吸收特性的薄膜结构的吸收峰的中心波长，通过改变所述第二金属薄膜400的厚度可以改变所述具有选择吸收特性的薄膜结构的吸收峰的半波带宽，从而可以通过调整所述介质薄膜层300以及第二金属薄膜400的厚度改变所述具有吸收特性的薄膜结构的选择吸收特性。
[0134]进一步的，由于所述具有吸收特性的薄膜结构主要由第一金属层、第二金属层和介质薄膜层300构成，各层稳定性较好，因此其自身稳定性较高;且所述第一金属层、第二金属层和介质薄膜层300的制备工艺简单，制备成本低，可以实现大面积无光刻制备。
[0135]本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0136]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【主权项】
1.一种具有选择吸收特性的薄膜结构，其特征在于，包括: 基底； 位于所述基底表面的第一金属薄膜； 位于所述第一金属薄膜背离所述基底一侧表面的介质薄膜层； 位于所述介质薄膜层背离所述第一金属薄膜一侧表面的第二金属薄膜。2.根据权利要求1所述的具有选择吸收特性的薄膜结构，其特征在于，还包括: 位于所述第二金属薄膜背离所述介质薄膜层一侧表面的保护层。3.根据权利要求2所述的具有选择吸收特性的薄膜结构，其特征在于，所述保护层为二氧化硅薄膜层或氮化硅薄膜层或二氧化钛薄膜层或氧化铝薄膜层或硫化锌薄膜层或砸化锌薄膜层； 所述介质薄膜层为二氧化硅薄膜层或氮化硅薄膜层或二氧化钛薄膜层或氧化铝薄膜层或硫化锌薄膜层或砸化锌薄膜层。4.根据权利要求2所述的具有选择吸收特性的薄膜结构，其特征在于，所述保护层的厚度的取值范围为5nm-l Onm，包括端点值。5.根据权利要求1所述的具有选择吸收特性的薄膜结构，其特征在于，所述介质薄膜层的厚度的取值范围为80nm-200nm，包括端点值。6.根据权利要求1所述的具有选择吸收特性的薄膜结构，其特征在于，所述第二金属薄膜为金薄膜或银薄膜或铝薄膜或铜薄膜。7.根据权利要求1所述的具有选择吸收特性的薄膜结构，其特征在于，所述第一金属薄膜的厚度的取值范围为I OOnm ± I Onm，包括端点值。8.根据权利要求1所述的具有选择吸收特性的薄膜结构，其特征在于，所述基底为二氧化硅基底或聚甲基丙烯酸甲酯基底或聚碳酸酯基底。9.一种具有选择吸收特性的薄膜结构的制备方法，其特征在于，包括: 提供基底； 在所述基底表面制备第一金属薄膜； 在所述第一金属薄膜背离所述基底一侧表面制备介质薄膜层； 在所述介质薄膜层背离所述第一金属薄膜一侧制备第二金属薄膜。10.根据权利要求9所述的具有选择吸收特性的薄膜结构的制备方法，其特征在于，在所述介质薄膜层背离所述第一金属薄膜一侧制备第二金属薄膜之后还包括: 在所述第二金属薄膜背离所述介质薄膜层一侧表面制备保护层。
【文档编号】G02B5/00GK106054292SQ201610472957
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月24日
【发明人】周文超, 吴辉, 吴一辉, 余慕欣, 刘永顺, 迟明波
【申请人】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所