[发明专利]一种高吸收结构的太赫兹室温探测器及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太赫兹波探测技术领域，涉及一种高吸收结构的太赫兹室温探测器及制备方法。

技术背景

太赫兹波指频率介于0.1~10THz(波长3mm~30um)的电磁辐射，其电磁波谱位于微波和红外波段之间，因此,太赫兹系统兼顾电子学和光学系统的优势。长期以来，由于缺乏有效的THz辐射产生和检测方法，人们对于该波段电磁辐射性质的了解非常有限，以至于该波段被称为电磁波普中的THz空隙。该波段也是电磁波谱中有待进行全面研究的最后一个频率窗口。最近，电磁波超材料已经被广泛的研究在波长从可见光到微波波段。对于超材料的一个可能的应用是它们可能被设计成电磁波吸收器并且有一个高的吸收系数。超材料吸收器的介质常数和磁导率能够被设计到对电场和磁场辐射的最大吸收，并且减少在空气—超材料交界面由于阻抗匹配引起的不必要反射。超材料吸收器已经被报道从微波到可见光波段。

与其它波段的电磁波相比，THz电磁波有如下独特特点：①瞬态性:太赫兹脉冲的典型脉宽在皮秒量级；②宽带性：太赫兹脉冲源通常只包含若干个周期的电磁振荡,单个脉冲的频率可以覆盖GHz至几十THz的范围；③相干性：太赫兹时域光谱技术的相干测量技术能够直接测量太赫兹电场的振幅和相位可以方便的提取样品的折射率、吸收率；④低能性：太赫兹光子的能量只有毫电子伏特，不会因为电离而破坏被检测物质，从而可以安全的进行生物医学方面的检测和诊断；⑤穿透性：太赫兹辐射对于很多非极性绝缘物质，例如硬纸板、塑料、纺织物等包装材料都有很高的穿透特性，对藏匿物进行探测；⑥惧水性；大多数极性分子如水分子、氨分子等对太赫兹辐射有较强烈的吸收，可以通过分析它们的特征谱研究物质含水量或者进行产品质量控制；⑦光谱的特征吸收：由于许多极性大分子的振动和转动能级正好处于太赫兹频带范围，使太赫兹光谱技术在分析和研究大分子方面有广阔的应用前景。

太赫兹系统主要有辐射源、探测器和各种功能器件组成。在实际应用中，太赫兹波吸收器以其相对较小的尺寸，窄频段响应，在太赫兹热成像技术中有重要的应用。2008年美国波士顿大学H.Tao等人设计了第一类基于超材料的太赫兹波平面吸收材料。该材料具有三层结构，底层为长方形金属条，第二层为聚酰亚胺介质层，第三层即为超材料媒质层。第一类吸收材料在制备过程中需要两步光刻以及对准过程，最大吸收为70﹪。H.Tao随后提出了第二类太赫兹波平面吸收材料，该结构依然是一种三层结构，但是底层为连续金属薄膜，第二层依然为聚酰亚胺介质层,第三层超材料媒质层的人工单元。第二类吸收材料在制备上只需要一道光刻步骤，简化了光刻工艺和对准过程，因而制备更加容易。在文献（Yongzheng Wen, etc,＂Polarization-independent dual-band terahertz metamaterial absorbers based on gold/paryle-C/silicide structure＂,2013）中,作者用金属/介质层/金属三明治结构来作为太赫兹吸收器,顶层是由方形和十字架结构组成的周期性阵列,材料是金,底层是钴-硅合金,中间介质层是paryle-C,这种结构的太赫兹波吸收器能吸收频率为0.83THz和2.38THz的太赫兹波，经过模拟和实验测量吸收率效率能分别达到54﹪和94﹪。但是目前他们都采用较厚的介质层并只将吸收器用于实验测量太赫兹吸收,并没有涉及于太赫兹探测器件的研究。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种增强太赫兹辐射吸收率的十字架结构的太赫兹波探测器，该探测器能有效增强太赫兹辐射吸收率，使高性能太赫兹探测器的实现成为可能。

本发明具体技术方案如下：

本发明提供了一种高吸收结构的太赫兹室温探测器，其特征在于：包括依次设置的底层、中间层、顶层，所述底层为金属底平面，中间层是复合薄膜微桥 ，复合薄膜微桥的桥面和空腔作为介质层，顶层为亚波长结构的金属图形。

上述技术方案中，所述的顶层的亚波长结构的金属图形是方形十字架结构的交叉谐振器。

上述技术方案中，中间层的复合薄膜微桥包括驱动电路、驱动电路配置有电路接口、驱动电路上由下而上依次设置有缓冲层，支撑层，顶部电极，顶部电极与电路接口连接；顶部电极和支撑层上由下而上依次设置有敏感层、保护层。

上述技术方案中，所述的顶层的方形十字架结构的材料为金、或者