六方氮化硼声子激元增强及调控石墨烯中红外波段吸收机理研究

编号：CYYJ043712

篇名：六方氮化硼声子激元增强及调控石墨烯中红外波段吸收机理研究

作者：范炟铄 程宇昂 陈洋 石芝铭

关键词： 石墨烯 六方氮化硼 声子极化激元

机构： 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 中国科学院大学光电学院

摘要： 石墨烯自被成功制备以来,就以其优异的材料性能在众多领域受到了广泛关注,特别是其具备快速光电响应、宽光谱吸收、尺寸优势等特性,是制备微纳光电探测器的理想材料之一。目前,石墨烯光电探测器已经实现,但基于传统结构的石墨烯探测器存在光吸收效率低、光电响应差的问题。利用等离激元实现光吸收增强是一种可行的技术路线,但其存在微纳结构过于复杂、成本过高、性能不足等问题。本文提出了一种基于Au光栅/石墨烯/h-BN/SiO2的异质结构,利用h-BN与红外光相互作用产生的声子极化激元效应,将红外光局域在石墨烯中,增强石墨烯与异质结构整体的吸收率;同时,石墨烯与h-BN的晶格常数相近,该异质结构可最大程度地发挥石墨烯优异的光电性能。通过有限元(Finite element method,FEM)方法对吸收率和电磁场分布进行分析,发现在入射光频率为1550 cm-1时,Au光栅/石墨烯/h-BN/SiO2混合结构石墨烯层的功率耗散密度是Au光栅/石墨烯/SiO2对照组结构的4.4倍,光吸收率是对照组的6.5倍。同时,通过控制h-BN的厚度、Au电极的厚度及栅宽可以实现对吸收强度的调控。该研究为实现基于石墨烯的中红外光电探测器提供了理论依据。