[發明專利]一種基于柔性基底的太赫茲調制器膜材料的制備方法

無效

• 申請號: 201310272361.7
• 申請日: 2013-06-29
• 公開（公告）號: CN103361614A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 胡明;韋曉瑩;武雅喬;夏曉旭;朱乃偉
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/20;C23C14/58
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 張宏祥

技術領域

本發明涉及微電子半導體技術領域，具體涉及一種基于柔性基底的太赫茲調制器膜材料的制備方法。

背景技術

太赫茲（THz）波（頻率位于0.1～10THz波段的電磁波）處于毫米波和紅外線之間的特殊位置，是電磁波譜中的最后一個空頻段。在短距離無線通信、生物傳感、醫療診斷、材料特性光譜檢測以及非破壞式探測等方面均具有潛在的應用。推動太赫茲技術的進一步發展和實際應用，不僅要很好地解決可靠穩定的THz源，高靈敏高信噪比的THz探測器，同時還需要提供高性能、高集成度、廉價的太赫茲功能器件，如THz偏振、分束、濾波、開關、調制等新型功能器件。

然而，太赫茲通信技術并不是微波通信或者光通信的技術的移植，具有非常多的新型特性。已有的光學器件和電子器件很難直接對太赫茲傳輸進行控制。太赫茲材料和器件的缺乏，嚴重制約了太赫茲技術的實用化發展方向，成為太赫茲領域亟待解決的關鍵問題之一。尤其是太赫茲通信的調制器件在結構、尺寸、性能和工作方式均與微波和光波通信技術相去甚遠，需要新的研制。美國Los?Alamos國家實驗室提出了一種基于金屬型電磁超穎材料的太赫茲調制器件。該器件是在Si或者GaAs半導體基板上構建金屬電磁共振單元，通過外加電場改變半導體基板載流子濃度從而影響電磁共振單元的太赫茲共振幅度，實現對太赫茲波透射信號的調制。[H.T.Chen,et?al,Nature,444,597-600,(2006)]。（CN101943803A）采用對太赫茲波高度透明的介質材料石英玻璃作為基板，利用二氧化釩薄膜制作電磁共振陣列，實現對太赫茲信號的調制。（CN102393571A）在有線缺陷波導的硅光子晶體柱陣列表面鍍一層二氧化釩薄膜，利用二氧化釩薄膜的相變特性及同一結構的介質和金屬光子晶體波導的導帶不同，實現光控高速寬帶太赫茲強度調制和頻率調制。

目前有關柔性太赫茲調制器報道較少，主要是因為有機功能層材料和柔性基底一般不能與CMOS工藝兼容，一般都制備在非柔性基底上，不能達到柔韌可彎曲的效果。隨著柔性基底集成電路的制造也需要新型的柔性功能器件。

發明內容

本發明的目的，是克服現有技術的缺點和不足。基于柔性基底采用金屬氧化法制備具有相變特性的VO₂納米薄膜，采用光激勵基柔性基底氧化釩對太赫茲波進行調制。提供一種制備過程簡單，易于控制、穩定可靠的低光功率下的新型基于柔性基底的太赫茲調制器膜材料的制備方法。

本發明通過如下技術方案予以實現。

一種基于柔性基底的太赫茲調制器膜材料的制備方法，具有以下步驟：

(1)柔性基底PI的清洗：

所用柔性基底為聚酰亞胺，簡稱PI，將其依次放入去離子水、丙酮溶劑和無水乙醇中分別超聲清洗20分鐘，隨后放入質量分數為5%的醋酸溶液中浸泡15分鐘，除去表面有機物雜質；再用去離子水洗凈，烘干備用；

(2)制備金屬釩納米薄膜：

將步驟（1）清洗好的PI置于超高真空對靶磁控濺射設備的真空室，采用質量純度為99.99%的金屬釩作為靶材，以質量純度為99.999%的氬氣作為工作氣體，本底真空度4～6×10^-4Pa，基片溫度為室溫，氬氣氣體流量為45-48mL/min，濺射工作氣壓為0.5～2Pa，濺射功率135～150W，濺射時間10～60min，在PI表面沉積金屬釩納米薄膜；

(3)基于柔性基底金屬釩納米薄膜的熱處理

將步驟(2)制得的金屬釩納米薄膜置于快速熱處理設備中，采用質量純度為99.999%的氧氣作為工作氣體，氧氣氣體流量為30～50sccm，熱處理溫度為250～300℃，熱處理時間為30～180s；

(4)采用標準的8-fTHz時域頻譜系統測試基柔性基底氧化釩薄膜的調制特性，所加激光功率為200-600mW。

所述步驟(1)的柔性基底PI的介電常數為3.4，耐高溫達400℃。

所述步驟(1)柔性基底PI的規格為2cm×1cm的矩形；

所述步驟(2)制備的金屬釩薄膜厚度為50～300nm，高真空對靶磁控濺射設備的真空室為DPS-Ⅲ型超高真空對靶磁控濺射設備的真空室。

所述步驟(3)熱處理后的薄膜為二氧化釩或者五氧化二釩。

所述步驟(3)的快速熱處理設備為AG610系列，熱處理后形成的氧化釩薄膜厚度為100～600nm。

與現有技術相比較，本發明的有益效果為：