26、物联网中高纵横比抗反射硅纳米结构嵌入式光学传感器及射频微波能量收集天线的应用

物联网中高纵横比抗反射硅纳米结构嵌入式光学传感器及射频微波能量收集天线的应用

高纵横比抗反射硅纳米结构嵌入式光学传感器

在当今社会，人类技术的智能可持续发展是文明社会经济发展的首要标准。未来，基于物联网（IoT）的技术将在众多工业领域得到广泛应用，如智能手表、家用电器、智能照明和可穿戴设备等，还能为健康、国防和农业等领域做出重要贡献。

要设计高效智能的物联网系统，需要大量的传感器、执行器和其他数据采集与处理设备。在智能种植系统的开发中，太阳能辐照度的测量至关重要。目前，常用的测量设备如 pyranometers 和辐照度计虽然能高精度、宽光谱地测量辐照度，但价格昂贵，且有时测量前需要特定设备。因此，低成本且有效的太阳能辐照度测量方法亟待引入，高效低成本的光学光伏（PV）传感器在这类系统中起着关键作用。然而，由于不同光伏设备的高材料成本和低效率，它们尚未能成为物联网领域的主要传感器。

为解决这一问题，研究尝试采用嵌入优化纳米结构的 10µc 薄硅基板。传统方法中，大多数行业倾向于使用 180µc 的硅基板并进行微纹理处理。但当减少基板厚度以降低传感器材料消耗时，部分光子可能无法被基板吸收。相比传统晶圆，在电池顶部进行纳米纹理处理能更有效地使薄基板吸收光子。因此，研究旨在探究嵌入硅基板顶部的纳米结构几何形状的合适纵横比，主要通过有限元方法（FEM）模拟研究纳米结构几何形状的光学响应。

模拟与优化

研究主要借助基于 FEM 的软件（如 COMSOL）制作纳米结构硅几何形状。模拟过程中，重点关注特定结构在可见光波长区域的反射行为和电场分布。通过二维模拟模型，在薄硅基板顶部用硅材料制作三角形排列的不同纵横比纳米结构几何形状。为找到合适的抗反射纳米