[發明專利]一種增強太赫茲輻射吸收率的膜系結構及其制備方法

有效

• 申請號: 201110434601.X
• 申請日: 2011-12-22
• 公開（公告）號: CN102529211A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 王軍;蔣亞東;茍君;吳志明;黎威志
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: B32B9/04
• 分類號: B32B9/04;B32B15/00;G01J5/02
• 代理公司: 成都華典專利事務所(普通合伙) 51223
• 代理人: 徐豐;楊保剛

技術領域

本發明涉及太赫茲探測與成像技術領域，具體涉及一種增強太赫茲輻射吸收率的膜系結構及其制備方法。

背景技術

太赫茲是指頻率為0.1~10THz（1?THz?=?1012?Hz）范圍的電磁波，其對應波長范圍為3mm~30μm，位于毫米波與紅外波之間。太赫茲科學與技術的發展，依賴于物理學、化學、材料學、光學、微電子學等基礎學科的發展，同時也對這些基礎學科產生促進作用。國際科技界公認，太赫茲是一個重要的交叉前沿領域。長期以來，由于缺乏有效的THz產生和檢測方法，人們對于該波段電磁輻射性質的了解非常有限，以至于該波段被稱為電磁波譜中的THz空隙，也是電磁波譜中有待進行全面研究的最后一個頻率窗口。近十幾年來超快激光技術和半導體材料科學與技術的迅速發展，為THz脈沖的產生提供了穩定、可靠的激發光源，促進了THz輻射在光譜學和成像技術方面的應用。

太赫茲輻射與其它波段的電磁輻射相比有其獨特的性質：①瞬態性：太赫茲脈沖的典型脈寬在皮秒量級；②寬帶性：太赫茲脈沖源通常只包含若干個周期的電磁振蕩，單個脈沖的頻帶可以覆蓋GHz至幾十THz的范圍；③相干性：太赫茲時域光譜技術的相干測量技術能夠直接測量太赫茲電場的振幅和相位可以方便地提取樣品的折射率、吸收系數；④低能性：太赫茲光子的能量只有毫電子伏特，不會因為電離而破壞位比被檢測物質，從而可以安全地進行生物醫學方面的檢測和診斷；⑤穿透性：太赫茲輻射對于很多非極性絕緣物質，例如硬紙板、塑料、紡織物等包裝材料都有很高的穿透特性，對藏匿物體進行探測；⑥懼水性：大多數極性分子如水分子、氨分子等對太赫茲輻射有強烈的吸收，可以通過分析它們的特征譜研究物質含水量或者進行產品質量控制；⑦光譜的特征吸收：由于許多極性大分子的振動和轉動能級正好處于太赫茲頻帶范圍，使太赫茲光譜技術在分析和研究大分子方面有廣闊的應用前景。

太赫茲室溫探測器是一個新發展的研究方向，具有室溫工作、體積小、響應快、可成面陣圖像、應用范圍廣等特點，但由于該技術是新興技術，國際上只有幾個研究機構掌握了探測及成像技術，相關的技術報道很少。

赫茲探測器探測單元中的熱敏感薄膜對太赫茲波吸收很弱，使得太赫茲輻射信號檢測的難度較大。傳統的紅外探測器，如微測輻射熱計，對太赫茲的吸收僅為紅外吸收的2~5%左右，甚至比器件材料的不均勻度還要低，故極難區分噪音與被檢信號。因此，需要增加單獨的太赫茲吸收層以增強探測器的吸收性能。要求太赫茲吸收層的反射率低，與下層材料的粘附性要好。目前常用的太赫茲吸收材料為有機黑體、黑金和Ni-Cr等。在這幾種物質中，黑金的反射率最低，但它的粘附性不是很好。黑色樹脂的反射率也比較低，但比較厚，而且熱阻較大，可能會阻礙熱量向敏感薄膜的傳播。

薄的金屬或金屬復合層可以吸收太赫茲輻射，同時厚度低于50nm的膜厚對探測器的熱容影響很小，利于高響應速率探測單元的制作。部分文獻報道了對鉍金屬-介質復合膜系結構吸收太赫茲輻射的研究(Curtis?c.?Ling,?etc,?“Large?Area?Bolometers?for?THz?Power?Measurements”,?IEEE?Transactions?on?Microwave?Theory?and?Techniques,?Vol.42,?pp.?758-760,?2002)。這種結構中，40~150nm的鉍膜被蒸發制備在采用熱生長與LPCVD方法制備的三層介質復合薄膜上。測試結果表明，制備有鉍金屬層的復合薄膜的太赫茲輻射吸收率比無鉍金屬層的相同介質薄膜提高了60%。