近日，微電子所集成電路先導(dǎo)工藝研發(fā)中心在納米森林等離激元光吸收效應(yīng)及其微器件應(yīng)用研究方面取得重要進(jìn)展。 

　　光的吸收與利用在能源、成像等領(lǐng)域有著重要意義。隨著光吸收材料與技術(shù)的進(jìn)展，基于等離激元效應(yīng)的光吸收材料與結(jié)構(gòu)因其在特定波長(zhǎng)范圍內(nèi)超高吸收率和光-電、光-熱轉(zhuǎn)換能力而受到廣泛關(guān)注。可激發(fā)等離激元效應(yīng)的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)因其高吸收波段的帶寬一般較窄，大大降低了對(duì)光的利用效率，限制了結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。此外，傳統(tǒng)制備等離激元結(jié)構(gòu)的工藝一般較為復(fù)雜，常需依賴尖端設(shè)備，進(jìn)一步限制了其與微器件的大規(guī)模集成應(yīng)用。 

　　基于以上問(wèn)題，微電子所陳大鵬研究員課題組與長(zhǎng)春光機(jī)所李紹娟研究員課題組、中北大學(xué)熊繼軍教授課題組合作，利用等離子體轟擊添加硅烷偶聯(lián)劑的聚酰亞胺，開發(fā)了一種納米森林結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單制備工藝，該工藝與常規(guī)半導(dǎo)體工藝具有完全的兼容性。在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)提出了一種銀納米顆粒覆蓋下的復(fù)合納米森林結(jié)構(gòu)，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(nèi)部的波導(dǎo)模式共振，實(shí)現(xiàn)了多重雜化等離激元效應(yīng)，在300-2500nm寬波段內(nèi)成功獲得了超過(guò)90%的平均吸收率。團(tuán)隊(duì)利用等離激元的光-熱轉(zhuǎn)換效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了復(fù)合納米森林結(jié)構(gòu)在MEMS熱電堆傳感器上的原位集成，成功實(shí)現(xiàn)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(fā)表在《先進(jìn)功能材料》期刊上 (Advanced Functional Materials, DOI: 10.1002/adfm.202102840)。微電子所先導(dǎo)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(zhǎng)春光機(jī)所李紹娟研究員和中北大學(xué)熊繼軍教授為該文章的共同通訊作者。 

圖1 基于復(fù)合納米森林的光吸收結(jié)構(gòu)制備工藝流程和SEM圖

圖2 集成納米森林的MEMS熱電堆傳感器結(jié)構(gòu)與測(cè)試結(jié)果