纳米森林等离激元效应的微器件应用研究获进展

近期，中国科学院微电子研究所IC领先工艺研发中心在纳米森林等离子体光吸收效应及其微器件应用研究方面取得进展。

光的吸收和利用在能源和成像领域具有重要意义。随着吸光材料和技术的发展，基于等离子体效应的吸光材料和结构因其在特定波长范围内具有超高的吸收率和光电和光热转换能力而备受关注。传统的能激发等离子体效应的结构在高吸收带的带宽普遍较窄，降低了光的利用效率，限制了该结构的应用。此外，传统的等离子体结构制备工艺通常较为复杂，且往往依赖于尖端设备，这进一步限制了其与微器件的大规模集成和应用。

基于以上问题，微电子研究所陈大鹏课题组研究员、长春光学精密机械与物理研究所研究员、中国科学院李少娟研究员课题组、北方大学熊继军教授课题组合作，利用等离子轰击添加硅烷偶联剂对聚酰亚胺，开发了一种简单的纳米森林结构制备工艺，与常规半导体工艺完全兼容。在此基础上，该研究利用银纳米粒子之间的局部表面等离子体共振、纳米纤维之间的腔共振以及纳米纤维内部的波导模式共振，提出了一种银纳米粒子覆盖的复合纳米森林结构。实现了多重混合等离子体效应，在300-2500nm宽波段实现了平均90%以上的吸收率。研究人员利用等离子激元的光热转换效应，实现了复合纳米森林结构在MEMS热电堆传感器上的原位集成，实现了433%的器件输出性能最大提升。

相关研究成果发表在《Advanced Functional Materials》上，题为Quasi-ordered nanoforests with hybrid plasmon共振用于宽带吸收和光电探测。

图1.基于复合纳米森林的光吸收结构的制作过程和SEM图像

图 2. MEMS 热电堆传感器结构与纳米森林集成测试结果