[發明專利]一種基于硅納米針的太赫茲波寬帶吸收材料

在審

• 申請號: 201611243901.9
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN106785475A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 文岐業;史中偉;劉浩天;陳智;文天龍;楊青慧;張懷武;涂翔宇;劉洋
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01Q17/00
• 分類號: H01Q17/00
• 代理公司: 電子科技大學專利中心51203
• 代理人: 甘茂

技術領域

本發明屬于電磁功能材料技術領域，涉及電磁波吸收結構，具體涉及一種基于硅納米針的太赫茲波寬帶吸收材料。

背景技術

太赫茲(Terahertz，THz)波是指頻率從0.1THz到10THz，介于毫米波與紅外光之間的電磁波，其波長跨度為30μm～3mm。該頻段是宏觀電子學向微觀電子學過渡的頻段，具有很多優越的特性，在國防軍事，衛星通信，醫療診斷等方面顯示出了巨大的應用潛力。因此，太赫茲領域的相關研究對國民經濟和國家安全有重大的實際意義。

太赫茲波吸收材料在太赫茲波能量捕獲、探測、隱身以及構建高性能的太赫茲應用系統方面均有重要應用價值，是國際上研究的一個熱點。然而，由于絕大多數自然物質對太赫茲波缺乏有效的電磁響應，因此太赫茲吸收往往依靠復雜的人工電磁結構，如人工電磁超材料和光子晶體。例如，申請號為200910216064.4，發明名稱為“一種太赫茲波平面吸收材料”的中國專利，公開了一種具有兩個窄帶吸收頻段，且每個吸收峰均具有80％以上吸收強度的超結構太赫茲波吸收材料，其結構包括襯底、金屬反射層、介質層和人工電磁媒質層等多層結構；兩個強吸收頻段可以提供不同頻段的選擇吸收和探測，同時可以吸收更大頻譜范圍的太赫茲輻射，提高了太赫茲波平面吸收材料的性能和效率；但是基于超材料的太赫茲吸收器件，總體上吸收帶寬比較窄。又如，2015年，文獻“Yan Peng，Ultra-broadband terahertz perfect absorber by exciting multi-order diffractions in a double-layered grating structure，Optics Express 2032，2015”公開了一種基于雙層Si基周期結構的寬帶太赫茲波吸收器；這種結構是利用Si襯底制備出周期性的光子晶體結構，每個周期是有兩個大小不同的方塊堆疊而成，該吸收器在0.59THz～2.58THz的頻帶內存在三個吸收峰，分別是由空隙共振，一階和二階光柵衍射造成的，這三個吸收峰的疊加使得器件在較寬的頻帶內對太赫茲波的吸收率達到90％。但由于太赫茲波的頻率較高，特征尺寸均在微米量級，因此太赫茲器件通常無法使用機械加工的方法進行加工，必須借助復雜的微細加工技術；而以上基于超材料和光子晶體的太赫茲波吸收器，為了提高吸收率和拓展吸收帶寬，需要設計極為復雜的多層結構或者嵌套結構，導致其制作工藝復雜、器件穩定性差、制備成本高昂，在很大程度上限制了其實際應用范圍。急需研究結構簡單，制備方便、成本低廉且具有寬帶吸收特性的太赫茲波吸收材料。

發明內容

本發明的目的在于提出一種基于硅納米針(Silicon Nano-tip，SiNT)的寬帶太赫茲波吸收材料，用以克服現有太赫茲波吸收器件吸收帶寬窄、制作工藝復雜、器件穩定性差、制備成本高昂的缺陷；本發明提供一種特殊設計的硅納米針陣列結構，作為太赫茲波吸收材料，結構簡單，在0.2THz～1.2THz范圍內，對太赫茲波的吸收率高達90％；采用簡易金屬輔助的化學刻蝕(Metal-Assisted Chemical Etching，MACE)方法制備，制備工藝簡單，成本低廉；能夠應用于太赫茲波輻射熱測定器，太赫茲隱身技術，太赫茲成像和光譜技術，以及太赫茲熱發射器的極有潛力的新型吸收材料。同時，該材料對可見光也具有很高的吸收率，可同時應用于可見光和太赫茲波段。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種基于硅納米針的太赫茲波寬帶吸收材料，包括硅納米針陣列和硅襯底兩部分，其特征在于，所述硅納米針陣列由均勻分布于硅襯底上的若干個硅納米針構成，硅納米針垂直設置于硅襯底表面；所述硅納米針陣列和硅襯底為同一材料，均采用n型或p型重摻雜半導體硅、其電阻率≤0.1Ω·cm。

進一步的，所述硅納米針呈上細下粗的垂直針狀結構，硅納米針的直徑≤100nm、高度≥5μm，硅納米針的填充率(filling ratio)為50％～80％。

進一步的，所述硅襯底的厚度為≥300μm。

上述基于硅納米針的太赫茲波寬帶吸收材料，在0.2THz～1.2THz的頻帶內對太赫茲波的吸收率≥90％，對300nm～880nm的可見光同樣具有90％以上的吸收效率，因此可同時應用于可見光和太赫茲波段。

從工作原理上講：