利用“納米壓印光刻技術(shù)”，可以使得半導(dǎo)體鍺的納米結(jié)構(gòu)薄層極大地提高其在可見光到近紅外波長范圍的光吸收量。寬帶吸收來自于布魯斯特和材料中光子晶體模式之間的強相互作用，并且這一效應(yīng)可以極大的促進光伏和通信等光電工程的發(fā)展。

如圖所示：左圖為光子結(jié)構(gòu)的SEM顯微照片。插圖表示的是在金屬襯底上，Ge光子結(jié)構(gòu)體系的方案。右圖為Ge元素表面（黑色曲線）和沒有抗反射涂層（紅色曲線）的吸收相比，在金基底上對鍺的吸收為70nm。 圖片來源：A Mihi

       設(shè)計可吸收范圍波長的光的超薄半導(dǎo)體材料，對于改進光電子器件，使之能夠更有效地將光轉(zhuǎn)換為活性電子是至關(guān)重要的。實現(xiàn)這一目標(biāo)的一種方法是增加半導(dǎo)體層的厚度，以便它能在整個光譜中捕捉到最大的光子數(shù)。

       西班牙巴塞羅那材料研究所的研究人員采取了一種不同的方法，即采用不同的光陷阱策略，這樣就能夠在減少半導(dǎo)體量的同時，仍能夠強烈得吸收光線。在他們研究的光子元結(jié)構(gòu)中，入射光與不同類型的光共振模式相耦合：布魯斯特和混合光子 - 等離子體共振模式。正是這些共振負(fù)責(zé)將光場集中在小體積內(nèi)，并使材料吸收可見光到近紅外范圍（400-1500nm）。

       鍺與光相互作用

       科研小組組長Agustin Mihi解釋說：布魯斯特模式是一種光子模式，其中沒有從表面反射出來的光。由于半導(dǎo)體的高折射率以及貴金屬在可見光部分的非理想行為，在我們的研究中使用的一層薄的半導(dǎo)體在貴金屬基底上以維持這種類型的模式光譜。在這種模式下，光在由其厚度決定的波長處被強烈地限制在薄膜中。

       “由于我們的樣品中鍺（Ge）薄膜的納米結(jié)構(gòu)，光可以與兩種有效的鍺厚度產(chǎn)生相互作用：一種是布魯斯特模式，而另一種是等離子體 - 光子模式。

如圖所示：研究小組人員由左至右分別為：Miquel Garriga，Juan LuisGarcía-Pomar，Pau Molet，Isabel Alonso，AgustínMihi和Cristiano Matricardi。 圖片來源:ICMAB

       研究人員構(gòu)建的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)包括一個使用軟光刻技術(shù)構(gòu)建在金膜上的圓柱形孔的二維方形陣列,這種可擴展的技術(shù)具有與大規(guī)模生產(chǎn)工藝（如軋輥）相適應(yīng)的優(yōu)點。

超曲面的光子共振現(xiàn)象

       Mihi說：“通過單獨的光子共振來實現(xiàn)寬帶光吸收是非常具有挑戰(zhàn)性的，因為每個共振放大的光吸收僅在特定的波長范圍內(nèi)起作用。在我們的實驗中，我們制造了一個從近紅外到可見光都呈現(xiàn)出一系列光子共振的變換表面，增加了Ge層在其電子帶隙之上的所有能量的光吸收。

       實際上，寬帶吸收來自于Ge層整個吸收光譜中不同共振的同時激發(fā)。Mihi說， “在可見光下，我們的光子結(jié)構(gòu)維持了一個廣泛的法布里 - 珀羅（Fabry Perot）共振，如上所述，通過與布魯斯特模式耦合，這種共振得到了增強。在近紅外中，有多個吸收峰來自于在金屬基底上制備的光子晶體中激發(fā)的等離子體 - 光子模式。

      光伏與通信領(lǐng)域的應(yīng)用

      他補充說：“光子晶體提供了在超薄Ge薄膜平面方向上耦合光的方法，使其能夠限制長波長（高達(dá)1400nm）的光子。我們還精心設(shè)計了這個表面，將這種光耦合到慢光模式，這種模式結(jié)合了光子晶體和等離子體效應(yīng)，產(chǎn)生強烈的吸收峰。

      如此強大的寬帶吸收對于制造更高效的光伏器件可能是有用的，特別是近紅外吸收（在重要的電信窗口達(dá)到100％）可以使諸如光電探測器的應(yīng)用受益。

      該科研團隊已將這一科研成果發(fā)表在了《Advanced Materials 》雜志上，他們現(xiàn)在正忙于使用其納米結(jié)構(gòu)的Ge來設(shè)計不同的光電器件?！捌渲邪ǖ谌柲茈姵兀ɑ阝}鈦礦材料）。他們希望可以有效的提高效率，使這一新技術(shù)與現(xiàn)有的硅技術(shù)競爭?！?/p>