MEMS光学器件、光吸收纳米结构及其制备方法与流程

本发明涉及一种mems光学器件、光吸收纳米结构及其制备方法，尤其是一种宽光谱高吸收的mems光学器件、光吸收纳米结构及其制备方法。

背景技术：

光吸收纳米结构是mems光学器件的重要组成部分，其直接影响到器件的工作性能、制备成本以及应用范围。宽光谱高吸收纳米结构可以高效无差别地吸收作用在器件上的入射光，进而可以极大地提高器件的工作效率。

目前已有多种宽光谱高吸收纳米结构及其制备方法被研究，包括黑硅纳米结构、金黑纳米结构及表面等离激元纳米结构等。然而，现有的光吸收纳米结构仍然存在很多缺陷。其中，黑硅纳米结构受硅材料禁带宽度大的限制，吸收波长有限；金黑纳米结构的制备条件极为苛刻，需要依赖昂贵的设备，因此难以实现大面积推广；而表面等离激元纳米结构由于引入了金属纳米结构的表面等离激元效应而呈现出特殊的光吸收特性，进而引起关注。在这一类型的光吸收纳米结构中，研究最为广泛的是金属-介质-金属三明治结构。金属-介质-金属三明治结构可以通过多层结构之间的耦合作用在特定波段实现高吸收，而通过改变三明治结构的形貌、尺寸参数或采用多层金属-介质交替结构等，也可同时实现多个吸收峰的叠加，继而展宽高吸收的波段范围。但多层交替结构需要交替沉积金属层和介质层，工艺难度较大，制备成本较高。而通过改变三明治结构表面金属形貌的方法虽然可以控制表面金属纳米结构的等离激元作用波段，利用吸收峰的叠加可以展宽光吸收的波段范围，但这又将引入需要控制表面金属形貌的特殊工艺，使得这类结构非常依赖于控制工艺的精度，其应用领域也将受到限制。

因此，出于结构吸收特性、加工成本、工艺便捷等多方面的综合考虑，设计一种具有宽光谱高吸收特性，并且其制备方法简单、与常规微纳工艺兼容性好的光吸收纳米结构是十分必要的。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本公开提供了一种mems光学器件、光吸收纳米结构及其制备方法，该结构结合了纳米森林结构的陷光效应和金属纳米结构的表面等离激元效应，实现了宽光谱高吸收功能。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种光吸收纳米结构的制备方法，包括以下步骤：提供基底；在所述基底上形成聚合物层；利用所述聚合物层形成纳米森林结构；以及在所述纳米森林结构上覆盖金属纳米颗粒和/或金属纳米薄膜。

在一些实施例中，所述的光吸收纳米结构的制备方法，还包括：在所述基底与聚合物层之间依次形成镜面金属反射层及平面介质层，由此形成多层耦合基底。

在一些实施例中，所述的光吸收纳米结构的制备方法，还包括：在所述基底与聚合物层之间形成硅薄膜层。

在一些实施例中，所述纳米森林结构为纳米纤维森林结构、纳米锥-纳米纤维双层森林结构和纳米锥森林结构；利用等离子体再聚合技术形成纳米纤维森林结构；通过等离子体再聚合技术及刻蚀工艺形成纳米锥-纳米纤维双层森林结构；通过等离子体再聚合技术、刻蚀工艺及湿法腐蚀工艺形成所述纳米锥森林结构。

在一些实施例中，所述纳米森林结构为纳米锥-纳米纤维双层森林结构；所述形成纳米森林结构的步骤包括：采用等离子体轰击方法在基底上形成第一层纳米纤维森林结构；以及以所述第一层纳米纤维森林结构为掩模，通过刻蚀工艺形成第二层纳米锥森林结构。

在一些实施例中，所述等离子体轰击包括采用氧等离子体、氩等离子体的各自轰击以及两两组合后的交替轰击。

在一些实施例中，所述镜面金属反射层的材质为金、银、铝或铜；所述平面介质层的材质为氧化硅或氟化镁；所述聚合物层的材质为正性光刻胶、负性光刻胶、聚酰亚胺、聚乙烯、聚碳酸酯、聚二甲基硅氧烷(pdms)或聚对二甲苯(parylene)；所述金属纳米颗粒或金属纳米薄膜的材质为金、银、或铜。

在一些实施例中，所述基底可以为柔性基底。

根据本公开的另一个方面，还提供了一种同时具有纳米森林结构陷光效应和金属纳米结构表面等离激元效应的光吸收纳米结构，其采用所述的制备方法形成；所述光吸收纳米结构包括：基底；纳米森林结构；以及覆盖在所述纳米森林结构上的金属纳米颗粒和/或金属纳米薄膜。

根据本公开的另一个方面，还提供了一种mems光学器件，包括感光结构、光转换结构及响应结构，其中，所述感光结构包括所述的光吸收纳米结构，用于接收入射光；所述光转换结构用于接收感光结构传输的光能，并转换为电能、热能或机械能，所述响应结构接收所述电能、热能或机械能并作出响应。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开mems光学器件、光吸收纳米结构及其制备方法至少具有以下有益效果其中之一：

(1)本公开mems光学器件、光吸收纳米结构及其制备方法采用多层光反射及光耦合基底(多层耦合基底)，提高了器件和结构对入射光的吸收能力，有利于进一步提高器件的工作效率。

(2)本公开mems光学器件、光吸收纳米结构及其制备方法结合了纳米森林结构的陷光效应和金属纳米结构的表面等离激元效应，实现了宽光谱高吸收功能。

(3)本公开mems光学器件、光吸收纳米结构及其制备方法加工成本低、工艺简单便捷，可实现商业化大规模生产。

(4)本公开光吸收纳米结构可以采用柔性基底，在柔性基底上形成纳米纤维森林结构并覆盖金属纳米颗粒或者金属纳米薄膜可以制备柔性宽光谱高吸收纳米结构，由此通过简单工艺制备的柔性宽光谱高吸收纳米结构，可以广泛应用于军事探测、可穿戴设备等领域。

附图说明

图1为依据本公开实施例一基底的剖面示意图。

图2为依据本公开实施例一在基底上形成镜面金属反射层后的剖面示意图。

图3为依据本公开实施例一在镜面金属反射层上形成平面介质层后的剖面示意图。

图4为依据本公开实施例一在平面介质层上形成聚合物层后的剖面示意图。

图5为依据本公开实施例一在平面介质层上形成纳米纤维森林结构后的剖面示意图。

图6为依据本公开实施例一在纳米纤维森林结构上溅射金属纳米颗粒后的剖面示意图。

图7为依据本公开实施例一在纳米纤维森林结构上溅射金属纳米薄膜后的剖面示意图。

图8为依据本公开实施例二在多层耦合基底上形成硅薄膜层后的剖面示意图。

图9为依据本公开实施例二在硅薄膜层上形成聚合物层后的剖面示意图。

图10为依据本公开实施例二在硅薄膜层上形成纳米纤维森林结构后的剖面示意图。

图11为依据本公开实施例二以纳米纤维森林结构为掩模，通过各向异性刻蚀硅薄膜层形成纳米锥-纳米纤维双层森林结构后的剖面示意图。

图12为依据本公开实施例二在纳米锥-纳米纤维双层森林结构上溅射金属纳米颗粒后在上层纳米纤维上形成金属纳米薄膜，在下层纳米锥上形成金属纳米颗粒后的剖面示意图。

图13为依据本公开实施例三通过湿法腐蚀去除上层纳米纤维形成纳米锥森林结构后的剖面示意图。

图14为依据本公开实施例三在纳米锥森林结构上溅射金属纳米颗粒后的剖面示意图。

图15为依据本公开实施例四柔性基底的剖面示意图。

图16为依据本公开实施例四在柔性基底上形成聚合物层后的剖面示意图。

图17为依据本公开实施例四在柔性基底上形成纳米纤维森林结构后的剖面示意图。

图18为依据本公开实施例四在纳米纤维森林结构上溅射金属纳米颗粒形成金属纳米薄膜后的剖面示意图。

图19为依据本公开实施例五以纳米纤维森林结构为掩模，通过各向异性刻蚀形成纳米锥-纳米纤维双层森林结构后的剖面示意图。

图20为依据本公开实施例五在纳米锥-纳米纤维双层森林结构上溅射金属纳米颗粒后，上层纳米纤维上形成金属纳米薄膜，下层纳米锥上形成金属纳米颗粒后的剖面示意图。

图21为依据本公开实施例六通过湿法腐蚀去除上层纳米纤维形成纳米锥森林后的剖面示意图。

图22为依据本公开实施例六在纳米锥森林结构上溅射金属纳米颗粒后的剖面示意图。

<符号说明>

实施例一：101-基底、102-镜面金属反射层、103-平面介质层、104-聚合物层、105-纳米纤维森林结构、106a-金属纳米颗粒106b-金属纳米薄膜；实施例二：201-基底、202-镜面金属反射层、203-平面介质层、204-硅薄膜层、205-聚合物层、206-纳米纤维森林结构、207-非晶硅纳米锥森林结构、208-金属纳米薄膜、209-金属纳米颗粒；实施例三：301-基底、302-镜面金属反射层、303-平面介质层、304-非晶硅纳米锥森林结构、305-金属纳米颗粒；实施例四：401-柔性基底、402-聚合物层、403-纳米纤维森林结构、404-金属纳米薄膜；实施例五：501-基底、502-单晶硅纳米锥森林结构、503-纳米纤维森林结构、504-金属纳米薄膜、505-金属纳米颗粒；实施例六：601-基底、602-单晶硅纳米锥森林结构、603-金属纳米颗粒。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。

本公开将纳米森林结构的陷光效应和金属纳米结构的表面等离激元效应相结合，提供了一种宽光谱高吸收的纳米结构及其制备方法、mems光学器件，其在宽光谱范围内可以无差别吸收入射光，并且工艺简单、可并行制备，适用于大规模的商业化生产。

本公开光吸收纳米结构的制备方法，包括以下步骤：

提供基底；

在所述基底上形成聚合物层；

利用所述聚合物层形成纳米森林结构；以及

在所述纳米森林结构上覆盖金属纳米颗粒和/或金属纳米薄膜。

进一步的，所述光吸收纳米结构的制备方法还可包括：在所述基底与聚合物层之间依次形成镜面金属反射层及平面介质层，另外，在平面介质层与聚合物层之间还可以形成硅薄膜层。

更进一步的，所述光吸收纳米结构的制备方法还可包括：在所述镜面金属反射层与基底之间形成氮化钛粘附层。

具体的，利用等离子体再聚合技术、各向异性刻蚀工艺及湿法腐蚀工艺形成所述不同的纳米森林结构。

可选的，所述纳米森林结构为纳米锥-纳米纤维双层森林结构，在这种情况下，所述形成纳米森林结构的步骤包括：采用等离子体轰击方法在基底上形成第一层纳米纤维森林结构；以及以所述第一层纳米纤维森林结构为掩模，通过刻蚀工艺形成第二层纳米锥森林结构。

所述等离子体轰击包括采用氧等离子体、氩等离子体的各自轰击以及两两组合后的交替轰击。

更具体而言，所述镜面金属反射层的材质为金、银、铝或铜等具有高反射率的材料；

所述平面介质层的材质为氧化硅或氟化镁等可以作为光共振腔体的材料；

所述聚合物层的材质为正性光刻胶、负性光刻胶、聚酰亚胺、聚乙烯、聚碳酸酯、聚二甲基硅氧烷或聚对二甲苯；

所述金属纳米颗粒或金属纳米薄膜的材质为金、银或铜等贵金属。

另外，本公开光吸收纳米结构，其采用前述的制备方法形成。本公开还提供了一种mems光学器件，其包括所述的光吸收纳米结构。所述感光结构包括所述的光吸收纳米结构，用于接收入射光；所述光转换结构用于接收感光结构传输的光能，并转换为电能、热能或机械能，所述响应结构接收所述电能、热能或机械能并做出响应

以下结合实施例及附图详细介绍本公开光吸收纳米结构及其制备方法。

实施例一

本实施例中，采用单晶硅作为基底，通过溅射工艺和等离子体增强化学气相沉积(pevcd)工艺在基底上依次形成铝镜面金属反射层和氧化硅平面介质层，由此形成多层光反射及光耦合基底。纳米纤维森林结构是由氧和氩等离子体依次轰击聚酰亚胺正性光刻胶层所形成，金属纳米结构是通过在纳米纤维森林结构上溅射金属银形成的银纳米颗粒或银纳米薄膜。该方法基于常规微纳加工工艺实现，制备过程简单、便捷，可实现大规模商业化生产。

参照图1至7，本公开实施例一的光吸收纳米结构的制备方法具体包括以下步骤：

s11，提供基底一101。

本实施例中采用单晶硅基底。所述基底可以为4寸、6寸、8寸、12寸圆片，以及其它适用于微加工工艺的不同形状和尺寸的基底片。

需要说明的是，除了单晶硅之外，所述基底还可以为多晶硅、非晶硅、玻璃、石英、陶瓷以及聚合物在内的微纳加工工艺中常用的基底。

s12，在所述基底一上形成镜面金属反射层102。

本实施例中采用金属铝作为镜面金属反射层的材料，通过磁控溅射的方法将铝溅射在4寸硅基底上，工艺过程中保持溅射腔体的真空度为1×10^-4pa～10×10^-4pa，优选的，真空度为5×10^-4pa；腔体温度在25～30℃范围内，形成厚度为110～160nm的铝镜面金属反射层耗时30～50s；厚度为150nm时，耗时45s。在此过程中为了增加镜面金属反射层与基底的粘附力，可以在基底和镜面金属反射层之间添加如氮化钛等粘附层。

此外，所述镜面金属反射层的材质还可以为金、铝或铜等具有高反射率的材料。

s13，在所述镜面金属反射层上形成平面介质层103。

本实施例中采用pecvd的方法在镜面金属反射层上形成氧化硅平面介质层，所形成的氧化硅平面介质层厚度为100～2000nm，优选的，厚度为400nm。

此外，所述平面介质层还可以选用氟化镁等可以与镜面金属反射层形成光耦合作用的介质材料，厚度可为100nm～1um。形成所述平面介质层的方法还可以采用低压化学气相沉积(lpcvd)的方法。

s14，在所述平面介质层上形成聚合物层104。

所述聚合物层的材料可为正性光刻胶、负性光刻胶、聚酰亚胺、聚乙烯、聚碳酸酯、聚二甲基硅氧烷(pdms)或聚对二甲苯(parylene)等，还可以为其他可通过等离子体轰击形成纳米森林结构的聚合物材料，聚合物层的厚度可为0.2um～20um。实施过程中，可以通过喷涂、旋涂、粘贴、压印固化等方式设置在所述基底上。

本实施例中采用旋涂的方法在平面介质层上覆盖聚酰亚胺正性光刻胶来形成聚合物层，旋涂时，甩胶机的低转速和高转速分别为750rpm和4000rpm，旋涂时间分别为8s和25s，在旋涂后进行烘烤工艺，可以将上述形成聚合物层的基底片放置于热板上进行烘烤，烘烤的温度为80～130℃，优选的，温度为120℃，烘烤时间为10～40min，优选的，时间为20min，得到厚度为1～5um，优选的，得到厚度为3um的聚合物层。

s15，采用等离子体直接对聚合物层进行轰击，形成纳米纤维森林结构105。

在本实施例中，等离子体气源为氧气和氩气，轰击过程中氧气和氩气的流量分别为50sccm和20sccm，腔体压强分别为5pa和2pa，时间分别为9min和25min，整个轰击过程保持腔体功率为200w。完全去除聚合物层后，在原有聚合物层的区域之上形成了纳米纤维森林结构，形成的纳米纤维森林结构的高度大约为1.7um。

所述等离子体轰击工艺可以采用半导体工艺中的等离子清洗光刻胶设备进行该等离子体轰击工艺，等离子体的种类除氧等离子体、氩等离子体之外，还可以为其它任何能够对聚合物层进行轰击的等离子体及其混合气体，在等离子体轰击工艺中，等离子体源的流量可以为20～400sccm，腔体压力可以为2pa～40pa，射频功率可以为50～400w，处理时间可以为2～120min。在进行等离子体轰击之后，聚合物层被轰击后的分解产物会发生再次聚合，从而原有聚合物层消失，形成纳米纤维森林结构，该纳米纤维森林结构中单根纳米纤维的直径为20nm～200nm，高度约为1um～2um，单根纳米纤维两两之间的距离约为50nm～300nm。

s16，采用磁控溅射工艺在纳米纤维森林结构上覆盖金属纳米颗粒106a(如图6所示)或者金属纳米薄膜106b(如图7所示)。

所述金属纳米颗粒通常为贵金属纳米颗粒，包括金、银、铜等，本实施例中采用物理磁控溅射的方法在纳米纤维森林结构上溅射一层金属银纳米颗粒，溅射过程中保持溅射腔体的真空度为5×10^-4pa，腔体温度在25～30℃范围内，溅射厚度为30nm的银耗时9s，最终使得纳米纤维森林结构上形成银金属纳米颗粒覆盖层，覆盖后的金属纳米颗粒在个别地方聚集形成金属纳米薄膜，其余部分仍为颗粒状。

至此，在本实施例中包括基底、镜面金属反射层、平面介质层、纳米纤维森林结构以及金属纳米颗粒(或者增加溅射金属纳米颗粒的厚度在纳米纤维森林结构上形成金属纳米薄膜)的光吸收纳米结构全部完成，可以在宽光谱范围内实现高吸收。该光吸收纳米结构可以进一步与mems光学器件相集成，形成高性能、应用范围广的mems光学器件。

本实施例中光吸收纳米结构，通过在常规基底上依次形成镜面金属反射层及平面介质层，由此得到多层光反射及光耦合基底，并在此基底上形成纳米纤维森林结构和金属纳米结构，提高了吸收入射光的能力，有利于进一步提高器件的工作效率。

实施例二

本实施例中，在多层光反射及光耦合基底上形成硅薄膜层，进一步在硅薄膜层上形成纳米纤维森林结构，以纳米纤维森林结构为掩模通过各向异性刻蚀形成纳米锥-纳米纤维双层森林结构，并通过后续金属溅射在上层纳米纤维上形成金属纳米薄膜，在下层纳米锥上形成金属纳米颗粒，最终形成双层光吸收纳米结构。

请参照图8至12，本公开实施例二的光吸收纳米结构的制备方法具体包括以下步骤：

s21，提供多层光反射及光耦合基底。

所述多层光反射及光耦合基底包括图8所示基底二201、镜面金属反射层202、平面介质层203。

方法如实施例一中所述。

s22，采用沉积工艺在所述多层光反射及光耦合基底上形成硅薄膜层204。

所述硅薄膜层204可以为单晶硅、非晶硅以及多晶硅薄膜，厚度可为500nm～2um，本实施例中采用非晶硅薄膜，

本实施例中采用pecvd的方法在镜面金属反射层上形成非晶硅薄膜，厚度为1um。此外，还可以采用低压化学气相沉积(lpcvd)的方法。

s23，在所述硅薄膜层上形成聚合物层205。

方法如实施例一中所述。

s24，采用等离子轰击的方法在硅薄膜层上形成纳米纤维森林结构206。

方法如实施例一中所述。

s25，以纳米纤维森林结构为掩模，通过刻蚀工艺在非晶硅薄膜层上形成非晶硅纳米锥-纳米纤维双层森林结构(如图11所示，非晶硅纳米锥-纳米纤维双层森林结构包括非晶硅纳米锥森林结构207、纳米纤维森林结构206)。

所述刻蚀工艺为反应离子刻蚀工艺，刻蚀过程可以通入多种反应气体，刻蚀时间可以为40s～600s，在本实施例中，刻蚀过程中采用氯气和溴化氢的混合气体作为反应气体，二者混合量分别为80sccm和40sccm，刻蚀时间为200s。

s26，在非晶硅纳米锥-纳米纤维双层森林结构上形成金属纳米颗粒209和金属纳米薄膜208(如图12所示)。

方法如实施例一中所示，由于上层纳米纤维和下层非晶硅纳米锥的材料属性不同，金属纳米颗粒在纳米纤维上形成近乎连续的金属纳米薄膜，而在非晶硅纳米锥上呈现金属纳米颗粒的随机离散分布。

本实施例中的光吸收纳米结构利用多层光反射及光耦合基底的光耦合效应、纳米锥-纳米纤维双层森林结构的陷光效应和金属纳米结构的表面等离激元效应，实现了宽光谱高吸收能力。

实施例三

本实施例在多层光反射及光耦合基底上形成非晶硅纳米锥森林结构，并在非晶硅纳米锥森林结构上溅射金属形成离散的金属纳米颗粒，将宽光谱高吸收功能引入到半导体材料中，使得具有半导体特性的非晶硅纳米锥森林结构在宽光谱范围内具有高吸收特性，拓宽了光吸收纳米结构的应用范围。

请参照图13至14，本公开实施例三的光吸收纳米结构的制备方法具体包括以下步骤：

s31，本实施例采用多层光反射及光耦合基底(多层光反射及光耦合基底包括图13所示基底三301、镜面金属反射层302、平面介质层303)。

方法如实施例一中所述。

s32，在所述多层光反射及光耦合基底上形成非晶硅薄膜层(未图示)。

方法如实施例二中所述。

s33，在所述非晶硅薄膜层上形成聚合物层(未图示)。

方法如实施例一中所述。

s34，在所述非晶硅薄膜上形成纳米纤维森林结构(进行等离子体轰击之后，聚合物层被轰击后的分解产物会发生再次聚合，从而原有聚合物层消失，形成纳米纤维森林结构)。

方法如实施例一中所述。

s35，在非晶硅薄膜上形成非晶硅纳米锥-纳米纤维双层森林结构(利用非晶硅薄膜形成所述非晶硅纳米锥森林结构，非晶硅纳米锥森林结构具有与所述平面介质层连接的一层薄非晶硅平面连接层)。

方法如实施例二中所述。

s36，去除非晶硅纳米锥304上的纳米纤维。

所述的纳米纤维为刻蚀中作为掩模的纳米纤维森林结构，该结构具有二氧化硅的性质，在实验中可以通过湿法腐蚀的方法去除。在本实施例中，采用氢氟酸水溶液和氟化铵水溶液体积比为7比1的氢氟酸缓冲氧化物刻蚀液(boe)去除非晶硅纳米锥-纳米纤维双层森林结构中的上层纳米纤维。腐蚀时间可以为30～120s，本实施例中经过60s的腐蚀后会形成非晶硅纳米锥森林结构。

s37，在非晶硅纳米锥森林结构上形成随机分布的金属纳米颗粒305。

方法如实施例一中所述。

实施例四

在本实施例中，采用直接在柔性基底上形成纳米纤维森林结构，然后采用溅射金属纳米颗粒或者金属纳米薄膜的方法来制备柔性宽光谱高吸收纳米结构。通过等离子体轰击基底上聚合物层形成的纳米纤维森林结构不依赖于基底的特殊性质，在一些特殊的基底上仍然可以形成具有陷光效应的纳米森林结构，比如在柔性基底上形成纳米纤维森林结构后溅射一层金属纳米颗粒或者金属纳米薄膜可以制备柔性宽光谱高吸收纳米结构。通过简单工艺制备的柔性宽光谱高吸收纳米结构可以在军事探测、可穿戴设备等领域得到广泛应用。

在本实施例中采用柔性材料作为基底，在柔性材料上形成纳米纤维森林结构，随后在纳米纤维森林结构上形成金属纳米颗粒或金属纳米薄膜来制备柔性宽光谱高吸收纳米结构。

请参照图15至18，本公开实施例四的光吸收纳米结构的制备方法具体包括以下步骤：

s41，提供柔性基底四401。

所述基底为聚二甲基硅氧烷(pdms)等具有柔性的基底。本实施例中采用4寸圆形pdms为柔性基底。

s42，在柔性基底四上形成聚合物层402。

方法如实施例一中所述。

s43，采用等离子体轰击的方法在柔性基底四上形成纳米纤维森林结构403。

方法如实施例一中所示。

s44，在纳米纤维森林结构上形成金属纳米薄膜404。

方法如实施例一中所述。

此处需要说明的是，本实施例中也可以在纳米纤维森林结构上形成金属纳米颗粒，同样不影响本公开的实现。

实施例五

在本实施例中，以单晶硅基底上形成的纳米纤维森林结构为纳米掩模，进一步通过各向异性刻蚀工艺形成单晶硅纳米锥-纳米纤维双层森林结构，并通过后续的物理磁控溅射工艺在双层森林结构上形成金属纳米颗粒和金属纳米薄膜，最终形成单晶硅纳米锥-纳米纤维双层宽光谱高吸收纳米结构，所形成的双层纳米吸收结构由于同时具有单晶硅材料和纤维材料的特性，并且具有大的深宽比，从而可以在宽光谱内实现高吸收，因此可以得到更广泛的应用。

请参照图19至20，本公开实施例五的光吸收纳米结构的制备方法具体包括以下步骤：

s51，提供基底五501。

本实施例中使用4寸单晶硅作为基底五。

s52，在单晶硅基底上形成聚合物层(未图示)。

方法如实施例一中所述。

s53，采用等离子体轰击的方法在单晶硅基底上形成纳米纤维森林结构503。

方法如实施例一中所述。

s54，以纳米纤维森林结构为掩模，通过各向异性刻蚀工艺在单晶硅基底上形成单晶硅纳米锥-纳米纤维双层森林结构(包括单晶硅纳米锥森林502和纳米纤维森林503)。

方法如实施例二中所述

s55，在单晶硅纳米锥-纳米纤维双层森林结构上形成金属纳米颗粒505和金属纳米薄膜504(如图20所示)。

方法如实施例一中所示。

实施例六

在本实施例中，利用单晶硅基底的半导体材料属性制备单晶硅纳米锥宽光谱高吸收纳米结构，该结构利用半导体硅纳米锥森林结构的陷光效应和离散分布的金属纳米颗粒的表面等离激元效应实现半导体材料的宽光谱高吸收特性，拓宽了半导体材料在光学器件领域的应用。

请参照图21至22，本公开实施例六的光吸收纳米结构制备方法具体包括以下步骤：

s61，提供基底六601。

本实施例中采用4寸单晶硅为基底六。

s62，在基底六上形成聚合物层(未图示)。

方法如实施例一中所述。

s63，在单晶硅基底六上形成纳米纤维森林结构(未图示)。

方法如实施例一中所述。

s64，在单晶硅基底六上形成单晶硅纳米锥-纳米纤维双层森林结构。

方法如实施例二中所述。

s65，去除单晶硅纳米锥上的纳米纤维形成单晶硅纳米锥森林结构602。

方法如实施例三中所述。

s66，在单晶硅纳米锥森林结构上形成随机分布的金属纳米颗粒603。

方法如实施例一中所述。

另外，本公开还提供了一种同时具有纳米森林结构陷光效应和金属纳米结构表面等离激元效应的光吸收纳米结构，其采用所述的制备方法形成；所述光吸收纳米结构包括：基底；纳米森林结构；以及覆盖在所述纳米森林结构上的金属纳米颗粒和/或金属纳米薄膜。

本公开还提供了一种mems光学器件，包括感光结构、光转换结构及响应结构，其中，所述感光结构包括上述的光吸收纳米结构，用于接收入射光；所述光转换结构用于接收感光结构传输的光能，并转换为电能、热能或机械能，所述响应结构接收所述电能、热能或机械能并做出响应。

至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开mems光学器件、光吸收纳米结构及其制备方法有了清楚的认识。

需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行更改或替换。

还需要说明的是，本文可提供包含特定值的参数的示范，但这些参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。