[發明專利]一種工作頻率可調的非制冷型太赫茲探測器

在審

• 申請號: 201810598248.0
• 申請日: 2018-06-12
• 公開（公告）號: CN108831988A
• 公開（公告）日: 2018-11-16
• 發明（設計）人: 潘曉航;沈宏;郝加明;王建祿;孟祥建;戴寧
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: H01L37/02
• 分類號: H01L37/02
• 代理公司: 上海滬慧律師事務所 31311
• 代理人: 郭英

本發明公開了一種工作頻率可調的非制冷太赫茲探測器。該太赫茲探測器由金屬?介質?金屬結構和襯底組成，自上而下包括金屬微結構、介質腔層、金屬薄膜層、匹配層和柔性襯底層。介質腔層的厚度和金屬微結構的尺寸和形狀可以調節太赫茲探測器的探測頻率。這種太赫茲探測器無需額外的吸收材料，無需制冷，良好的絕熱性能，偏振可選擇等突出性能優勢；且具有結構簡單、易于大面積制備、波長可調、柔性可彎曲等一系列優點，在太赫茲信號探測上有良好的應用前景。

技術領域

本發明涉及功能材料領域，涉及一種工作頻率可調的非制冷太赫茲探測器，尤其涉及一種可集成的、頻率可調的非制冷太赫茲探測器。

技術背景

太赫茲光波是一種波長介于微波和紅外波之間的電磁波，其頻率約為 0.1-10THz，太赫茲光子對應的能量范圍與分子和材料的低頻振動能量范圍相匹配。由于其特殊的電磁波譜位置使太赫茲技術可廣泛應用于寬帶通信、醫療診斷、環境檢測、安全、軍事、核技術等多個行業。屬于基礎研究和前沿研究的熱門科學技術領域。太赫茲探測技術在太赫茲技術發展中具有重要研究價值。當前商用太赫茲探測器中的熱釋電探測器具有響應速度慢，穩定性差等缺點從而限制了其廣泛使用，因此研究具有高響應速度，高靈敏度的熱釋電太赫茲探測器具有較大價值。傳統的熱釋電探測器通常為電容器結構，并且需要外加的吸收層將光能轉換為熱能，熱信號用來改變熱釋電層材料的極化狀態，通過表面電荷的重新排布從而實現光源信號的探測。其中吸收層將光信號轉換為熱信號再傳遞到熱釋電材料層需要較長的時間，同時較大的電容面積等原因導致器件響應速度慢。

等離激元超構材料的發展為太赫茲熱釋電探測器的研究提供了一個新的思路。金屬-介質-金屬結構的超吸收體，其中熱釋電材料作為介質腔層，整個吸收體將吸收的光轉換為熱，無需傳統熱釋電探測器中的吸收層，直接實現信號的探測。與傳統探測器相比可顯著提高器件的響應速度。并且通過調整介質腔層的厚度和金屬微結構的形狀和尺寸可實現不同頻率的信號探測。

為提高熱釋電探測器的性能，本發明公開了一種工作頻率可調的非制冷太赫茲探測器,結構為金屬-介質-金屬三層結構的超吸收體，其中介質腔層為熱釋電材料。該探測器具有高響應速度，高穩定性和高靈敏度。

發明內容

本發明公開了一種工作頻率可調的非制冷太赫茲探測器，結構示意圖如圖 1所示。包括金屬微結構1、介質腔層2、匹配層3、金屬薄膜層4、柔性襯底層5。調整介質腔層的厚度和金屬微結構的形狀和尺寸，可實現從遠紅外到太赫茲波段(0.1-10THz)信號的探測。

如附圖1所示的金屬微結構1的材料是金、銀、銅、鋁、鎢、鉭、或錸，厚度為40nm。微結構形狀為條形光柵、圓形孔、方形孔、或十字形；

如附圖1所示的介質腔層2是聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯二元聚合物、聚偏氟乙烯三元聚合物、鈦酸鍶鋇、鋯鈦酸鉛或氧化鋅薄膜。利用時域有限差分方法、邊界元或有限元方法仿真設計介質腔層的厚度。

如附圖1所示的匹配層3是鉻、鈦或鎳層，厚度為5-10nm。

如附圖1所示的金屬薄膜層4的材料是金、銀、銅、鋁、鎢、鉭、或錸金屬薄膜的一種，通常為100-150nm。

如附圖1所述的柔性襯底層5是無粘性的聚酰亞胺薄膜，厚度為5-10μm。

該探測器具有結構簡單，無需額外的吸收層材料，有良好的絕熱性能，偏振可選擇，工作頻率可調等突出的性能優勢；易于大面積制備、柔性可彎曲等優點，在太赫茲信號探測上有良好的應用前景。

附圖說明

圖1是非制冷太赫茲探測器的結構示意圖。

圖2是上電極為光柵的非制冷太赫茲探測器的吸收光譜圖，其中圖(a)

是數值模擬的吸收光譜圖；圖(b)是實驗測試的吸收光譜圖。