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High-dielectric loss black silicon decorated with multi-nanostructure for wide-band mid-infrared absorption

Rare Metals 2023年第7期42卷 2447-2456页

作者： Shao-Xun Zhang Jia-Chen Wang Yong-Min Zhao Yu-Lu Han An-Jie Ming Feng Wei Chang-Hui Mao State Key Laboratory of Advanced Materials for Smart Sensing GRINM Group Co.LtdBeijing100088China Department of Advanced Electronic Materials GRIMAT Engineering Institute Co.LtdBeijing101407China General Research Institute for Nonferrous Metals Beijing100088China College of Bioscience and Resources Environment Beijing University of AgricultureBeijing102206China GRINM(Guangdong)Institute for Advanced Materials and Technology Foshan528051China

Because of the excellent light-trapping ability of black silicon,it has emerged as a versatile substrate for photothermic applications.In this paper,multi-nanostructured black silicon with wide-band mid-infrared absorption properties for application in pyroelectric detectors is reported.Black silicon is fabricated on a substrate surface masked by Ag nanoparticle arrays using single-step etching of C_(4)F_(8)and SF_(6)plasma.The low absorption of black silicon in the mid-infrared region is improved when a secondary nanostructure with Pt nanoparticles and SiO_(2)thin films is deposited on the surface of the prepared black silicon by microelectromechanical system(MEMS)processes.Electrons are scattered at particle boundary,resulting in dielectric loss to incident infrared(IR)region.Compared to single black silicon,the structure decorated with the multi-nanostructure can achieve higher infrared absorption,which is contributed to the high-dielectric loss properties of the Pt nanoparticles.Simulations and experiments show that the thickness of black silicon and number of layers of platinum particles contribute to mid-infrared absorption,with wavelength ranging from 2.5 to 20.0μm,and the absorption reaches~90%.The proposed absorber provides a promising solution for thermal detectors.

关键词： surface manufacturing Mid-infrared absorption Black silicon Multi-nanostructure Single-step etching

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