[發(fā)明專利]基于超材料的太赫茲單譜信號(hào)探測(cè)器及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410455234.5
• 申請(qǐng)日: 2014-09-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104241434A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-12-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅俊;別業(yè)華;李維軍;張新宇;佟慶;雷宇;桑紅石;張?zhí)煨?/a>;謝長(zhǎng)生
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L31/108
• 分類號(hào): H01L31/108;H01L31/18
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 朱仁玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于信號(hào)探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于超材料的太赫茲單譜信號(hào)探測(cè)器及其制備方法。

背景技術(shù)

太赫茲探測(cè)在機(jī)場(chǎng)安檢系統(tǒng)、通信、電子對(duì)抗和無(wú)損檢測(cè)等眾多領(lǐng)域都有著廣泛地應(yīng)用，常見(jiàn)的太赫茲探測(cè)器主要包括熱探測(cè)器、肖特基二極管探測(cè)器。

在要求高速、高靈敏度、多譜信號(hào)探測(cè)的場(chǎng)合下，現(xiàn)有太赫茲探測(cè)器存在以下方面的問(wèn)題：1、太赫茲探測(cè)器的譜成像裝置仍需配置復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)或掃描機(jī)構(gòu)，體積和質(zhì)量大；2、太赫茲探測(cè)器響應(yīng)速度較慢；3、太赫茲探測(cè)器的光譜探測(cè)范圍不能輕易擴(kuò)展。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種基于超材料的太赫茲單譜信號(hào)探測(cè)器及其制備方法，其目的在于，解決現(xiàn)有太赫茲信號(hào)探測(cè)器中存在的體積大、響應(yīng)慢、光譜探測(cè)范圍不能輕易擴(kuò)展的技術(shù)問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種基于超材料的太赫茲單譜信號(hào)探測(cè)器，包括襯底層、N型砷化鎵層、二氧化硅層、超材料層、歐姆電極和一對(duì)肖特基電極，N型砷化鎵層設(shè)置于襯底層上面，二氧化硅層設(shè)置于N型砷化鎵層上面，超材料層設(shè)置于N型砷化鎵層上面，歐姆電極設(shè)置于N型砷化鎵層上面，肖特基電極設(shè)置于二氧化硅層上面，歐姆電極和一對(duì)肖特基電極分別設(shè)置于超材料層的左右兩端，超材料層為具有周期性微納米結(jié)構(gòu)的金屬層,超材料層包括一個(gè)金屬開(kāi)環(huán)共振單元陣列，每個(gè)金屬開(kāi)環(huán)共振單元的開(kāi)孔間距t＝2～8μm，線寬d＝4～14μm，周期L＝36～100μm。

優(yōu)選地，襯底層為半絕緣砷化鎵、硅、或三氧化二鋁。

優(yōu)選地，歐姆電極的材料為鎳、鍺、和金，其厚度分別為20-30nm、200-300nm和20-30nm。

優(yōu)選地，肖特基電極的材料為鈦和金，其厚度分別為20-30nm和200-250nm。

優(yōu)選地，超材料層由周期性微納金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)成，并與N型砷化鎵層形成肖特基接觸。

優(yōu)選地，當(dāng)超材料層用于電磁信號(hào)探測(cè)時(shí)，其采用的周期性微納米結(jié)構(gòu)的周期遠(yuǎn)小于對(duì)應(yīng)信號(hào)的波長(zhǎng)。

優(yōu)選地，金屬開(kāi)環(huán)共振單元的材料為鈦和金，其厚度分別為20～30nm和200～250nm。

按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種基于超材料的太赫茲單譜信號(hào)探測(cè)器的制備方法，包括如下步驟：

(1)在襯底層上通過(guò)金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相淀積法注入Si離子，摻雜濃度為1×10¹⁶cm^-3～9×10¹⁸cm^-3，由此形成N型砷化鎵層；

(2)在N型砷化鎵層上通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積法制備二氧化硅層；

(3)在二氧化硅層上通過(guò)正膠工藝光刻歐姆電極接觸孔，并使用濕法腐蝕對(duì)歐姆電極接觸孔進(jìn)行腐蝕處理，通過(guò)負(fù)膠工藝光刻歐姆電極，采用電子束蒸發(fā)的方式依次蒸發(fā)堆疊在一起的Ni/Ge/Au層，將Ni/Ge/Au層進(jìn)行剝離，從而形成具有Ni/Ge/Au層的歐姆電極，對(duì)具有該Ni/Ge/Au層的歐姆電極退火，以形成歐姆電極；

(4)在二氧化硅層上先通過(guò)正膠工藝光刻肖特基接觸孔，并使用濕法腐蝕對(duì)肖特基接觸孔進(jìn)行腐蝕處理，以腐蝕二氧化硅層，通過(guò)負(fù)膠工藝光刻肖特基電極，采用電子束蒸發(fā)的方式依次蒸發(fā)堆疊在一起的Ni/Au層，將Ni/Au層進(jìn)行剝離，從而分別形成具有Ni/Au層的超材料層和肖特基電極，其中超材料層直接與N型砷化鎵層接觸，肖特基電極位于二氧化硅層上，且肖特基電極和超材料層之間的距離為1mm～1.5mm。

總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：

1、本發(fā)明基于超材料的太赫茲單譜信號(hào)探測(cè)器體積小：由于所述超材料的制作采用微納米光刻工藝，在1mm2尺寸內(nèi)可以集成數(shù)千個(gè)金屬開(kāi)環(huán)共振單元，因此基于超材料的太赫茲單譜信號(hào)探測(cè)器體積很小、重量很輕；

2、本發(fā)明基于超材料的太赫茲單譜信號(hào)探測(cè)器響應(yīng)速度較快：由于超材料層的金屬開(kāi)環(huán)共振單元具有完全吸收對(duì)應(yīng)波段電磁信號(hào)的能力，一旦與對(duì)應(yīng)太赫茲波段信號(hào)產(chǎn)生共振，其共振響應(yīng)速度屬于超高速響應(yīng)，能夠在極短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生響應(yīng)信號(hào)。

3、本發(fā)明基于超材料的太赫茲單譜信號(hào)探測(cè)器只需要交流信號(hào)發(fā)生器等少量電子資源輔助其進(jìn)行工作，從而節(jié)省了外圍電路資源。

4、本發(fā)明可以通過(guò)修改金屬開(kāi)環(huán)共振單元的圖形參數(shù)，改變金屬開(kāi)環(huán)共振單元的共振頻率，因此提供了一種可根據(jù)實(shí)際需要改變信號(hào)探測(cè)波長(zhǎng)的能力。

附圖說(shuō)明