超表面是具有亚波长厚度的超材料,具有优异的光场调控特性,能够对入射光的相位、振幅及偏振态等进行调控,同时,超表面较小的尺寸便于小型化与集成化。早期超表面吸收器一般采用金属材料制作,通过设计不同的金属结构可以得到单带或多带的吸收特性,但是,金属材料的沉积与CMOS工艺不兼容,而且器件吸收区域大多位于金属材料中,这些特点限制了其进一步的应用。在近红外波段现有的传感、探测等器件中,响应度是一个重要的性能指标,有研究人员指出,可以利用掺杂硅材料的自由载流子吸收效应提高硅基热载流子探测器件的响应度。此外,基于硅等介质材料制作的超表面吸收器具有与CMOS工艺兼容、隔热性能较好等优势,可直接应用于热载流子探测器中。本文基于超表面设计的理论基础和介质粒子中的Mie共振理论,设计了两种可应用于硅热载流子探测器的全介质超表面吸收器,分别实现了在近红外波段的双带和宽带吸收,并对它们进行了性能测试和原理分析,具体内容如下:1.设计并实验验证了一种近红外波段的双带超表面吸收器。为了增强器件吸收,对SOI顶层硅进行了重掺杂,并且制作了纳米孔超表面阵列。首先,使用FDTD数值仿真软件建立仿真模型,探究了纳米孔的半径、周期等各项参数对器件性能的影响,并且完成了超表面吸收器的加工制备。器件的测试结果显示,在1500-1600 nm波长范围内产生了两个吸收峰,它们对应波长λ0=1526.1 nm和λ1=1554.6 nm、吸收率分别为64.4%和38.6%,测试结果与仿真结果基本吻合。在分析器件的吸收原理时,使用多极子分解方法发现两个Mie共振模式中主要存在的是磁偶极子共振。2.设计了一种宽带近红外超表面吸收器。在对SOI顶层硅进行重掺杂之后,制作了椭圆形纳米孔超表面阵列。考虑到模式耦合对于器件吸收率的影响,在SOI底层硅和埋氧层之间添加了Bragg反射层。采用FDTD数值仿真软件进行结构参数设计,发现当垂直入射平面光的电场偏振方向沿椭圆孔长轴与短轴的角平分线时,能够产生由四个窄带吸收峰耦合得到的宽带吸收峰。仿真结果显示,耦合后的四个窄带峰的吸收率分别为78.3%、81.2%、80.7%、79.8%,在1555.36 nm的中心波长处得到一个半高全宽为40.12 nm的宽带吸收谱。