[發(fā)明專利]一種多層組合的電磁調(diào)制結(jié)構(gòu)及其制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910243580.6
• 申請(qǐng)日: 2009-12-29
• 公開（公告）號(hào): CN102109685A
• 公開（公告）日: 2011-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 夏曉翔;楊海方;顧長(zhǎng)志;張異光
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院物理研究所
• 主分類號(hào): G02F1/01
• 分類號(hào): G02F1/01;G03F7/00
• 代理公司: 北京泛華偉業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11280
• 代理人: 王勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種利用多層組合的金屬亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)單元陣列，其為一種對(duì)特定波長(zhǎng)電磁波實(shí)現(xiàn)特定調(diào)制的人工結(jié)構(gòu)，以及涉及應(yīng)用旋涂、沉積工藝及對(duì)準(zhǔn)套刻工藝實(shí)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)的制備方法。

背景技術(shù)

利用具有特殊電磁傳播特性的亞波長(zhǎng)尺寸的人工材料來(lái)控制電磁波的傳播是當(dāng)前材料物理研究前沿的焦點(diǎn)。對(duì)于特定波長(zhǎng)的電磁波，可以利用尺寸在波長(zhǎng)1/3至1/30的亞波長(zhǎng)金屬結(jié)構(gòu)在該波長(zhǎng)附近的電磁響應(yīng)特性，實(shí)現(xiàn)特定的電磁信號(hào)調(diào)制，而通常的這種調(diào)制結(jié)構(gòu)中由只包含一種亞波長(zhǎng)金屬結(jié)構(gòu)的陣列及其襯底組成，實(shí)現(xiàn)的調(diào)制功能非常有限。為了解決這一問(wèn)題，拓展該結(jié)構(gòu)的調(diào)制效果，C.M.Bingham等人利用兩種及兩種以上的亞波長(zhǎng)金屬單元結(jié)構(gòu)，以平面組合的方式實(shí)現(xiàn)的二維調(diào)制金屬亞波長(zhǎng)調(diào)制器件，如文獻(xiàn)1，“平面壁紙組合的人工超材料在太拉赫茲頻段的新應(yīng)用”(Planar?wallpaper?group?metamaterials?for?novel?terahertz?applications)，載于《OPTICS?EXPRESS》，2008，Vol?16，18565所公開。這種調(diào)制結(jié)構(gòu)相對(duì)過(guò)去只有一種亞波長(zhǎng)單元的調(diào)制結(jié)構(gòu)是一大突破，但調(diào)制效果仍然有限，原因在于：在同一平面內(nèi)實(shí)現(xiàn)多種亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)單元的組合，必將以降低相關(guān)單元的分布密度為代價(jià)，因此其調(diào)制效果被大幅度削弱。此外，將多個(gè)具有亞波長(zhǎng)金屬結(jié)構(gòu)的材料疊加在一起，也能實(shí)現(xiàn)類似的組合調(diào)制功能，如文獻(xiàn)2，“利用深X射線曝光實(shí)現(xiàn)的三維多層金屬柱一開口諧振器結(jié)構(gòu)”(Towards?three-dimensional?and?multilayer?rod-split-ringmetamaterial?structures?by?means?of?deep?x-ray?lithography)，載于《Applied?PhysicsLetter》，2007，Vol?90，254106，但是該文獻(xiàn)中的所謂三維結(jié)構(gòu)，本質(zhì)是將多個(gè)單層結(jié)構(gòu)疊加放置在一起，包括了多個(gè)襯底，因此組合材料的透過(guò)率也因此大幅度降低，且層與層間距離較遠(yuǎn)(相對(duì)波長(zhǎng)而言)，層與層間的亞波長(zhǎng)金屬陣列的相對(duì)位置也因?yàn)檩^簡(jiǎn)單的疊放而具有一定隨機(jī)性，因此，這種三維調(diào)制結(jié)構(gòu)也具有較大缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種在同一襯底上實(shí)現(xiàn)多層組合的電磁調(diào)制結(jié)構(gòu)；即利用層間精確對(duì)準(zhǔn)的、具有不同金屬亞波長(zhǎng)單元陣列或不同介質(zhì)材料組合而實(shí)現(xiàn)的多層人工電磁調(diào)制結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)特定波長(zhǎng)電磁波的選頻、濾波、增透、旋光以及特殊折射等功能。

本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種多層組合的電磁調(diào)制結(jié)構(gòu)的制備方法，即利用旋涂沉積與對(duì)準(zhǔn)套刻方法，制造層間精確對(duì)準(zhǔn)的多層組合人工電磁調(diào)制結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明提供的多層組合的人工電磁調(diào)制結(jié)構(gòu)，其包括：

襯底材料層；

覆蓋在該襯底材料層上的最下層金屬亞波長(zhǎng)單元陣列層；

依次疊加覆蓋于所述最下層金屬亞波長(zhǎng)單元陣列層上的至少一層周期單元層；

每一層周期單元層均由一介質(zhì)中間層與覆蓋于該介質(zhì)中間層上的金屬亞波長(zhǎng)單元陣列層組成；所述的介質(zhì)中間層為絕緣材料層，其厚度為1nm到100mm。

本發(fā)明提供的多層組合的人工電磁調(diào)制結(jié)構(gòu)，還可包括：覆蓋于最上層周期單元層的金屬亞波長(zhǎng)陣列層上的一介質(zhì)覆蓋層；所述的介質(zhì)覆蓋層為絕緣材料層，其厚度為1nm到100mm。

所述襯底材料層為清潔平整的對(duì)待調(diào)制目標(biāo)波長(zhǎng)的電磁波的透過(guò)率不低于50％的材料層，所述待調(diào)制目標(biāo)波長(zhǎng)的電磁波的目標(biāo)波長(zhǎng)為10mm到200nm的任意波長(zhǎng)或波長(zhǎng)段。

所述的最下層金屬亞波長(zhǎng)單元陣列層的金屬亞波長(zhǎng)單元的形狀及各周期單元層中的金屬亞波長(zhǎng)單元陣列層的金屬亞波長(zhǎng)單元的形狀均為圓環(huán)形、方環(huán)形、橢圓環(huán)形、線條形、開口環(huán)形、U形，圓形、方形、橢圓形或上述形狀的任意組合；

所述圓環(huán)形的直徑、圓形的直徑、方環(huán)形的邊長(zhǎng)、方形的邊長(zhǎng)、橢圓形的長(zhǎng)軸、橢圓形的短軸、橢環(huán)形的長(zhǎng)軸、橢環(huán)形的短軸、線條形的長(zhǎng)及組合圖形的幾何中心間距均在待調(diào)制目標(biāo)波長(zhǎng)的電磁波的目標(biāo)波長(zhǎng)的1/3-1/30之間。

相鄰的二個(gè)周期單元層中的金屬亞波長(zhǎng)單元陣列層中的金屬亞波長(zhǎng)單元陣列在襯底材料層上的投影重疊面積為70％-100％；或者

相鄰的二個(gè)周期單元層中的金屬亞波長(zhǎng)單元陣列層中的金屬亞波長(zhǎng)單元錯(cuò)位0-1/2金屬亞波長(zhǎng)單元；或者

相鄰的二個(gè)周期單元層中的金屬亞波長(zhǎng)單元陣列層中的金屬亞波長(zhǎng)單元旋轉(zhuǎn)0-180度。