[發(fā)明專利]用于太赫茲波段增透的碲化鋅晶體表面微結(jié)構(gòu)的制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810647411.8
• 申請(qǐng)日: 2018-06-22
• 公開（公告）號(hào): CN108842186A
• 公開（公告）日: 2018-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董江鵬;徐亞東;周策;魏子涵;肖寶;李樂琪;介萬奇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C30B33/12
• 分類號(hào): C30B33/12
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發(fā)明公開了一種用于太赫茲波段增透的碲化鋅晶體表面微結(jié)構(gòu)的制備方法，用于解決現(xiàn)有方法制備的碲化鋅晶體表面微結(jié)構(gòu)透過率差的技術(shù)問題。技術(shù)方案是將碲化鋅晶體機(jī)械拋光和化學(xué)拋光；用溴甲醇溶液腐蝕碲化鋅晶片一定時(shí)間，運(yùn)用反應(yīng)離子刻蝕的方法采用合適的氣氛、功率和氣壓在碲化鋅的上下兩個(gè)面刻蝕出微結(jié)構(gòu)，刻蝕完之后最后將碲化鋅晶片裝入晶片夾具，形成器件使用。由于使用了反應(yīng)離子刻蝕的方法進(jìn)行表面微結(jié)構(gòu)的刻蝕，使用了優(yōu)化的工藝和制備參數(shù)，相對(duì)于背景技術(shù)太赫茲透過率提高了30％以上，增透程度最高達(dá)到150％以上，總體均勻增透，同時(shí)也降低了生產(chǎn)成本，實(shí)用性好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種碲化鋅晶體表面微結(jié)構(gòu)的制備方法，特別涉及一種用于太赫茲波段增透的碲化鋅晶體表面微結(jié)構(gòu)的制備方法。

背景技術(shù)

ZnTe晶體通常作為產(chǎn)生與探測(cè)太赫茲(THz)波的電光晶體材料，晶體的折射率為～2.9，由于表面反射作用減小THz波對(duì)于通過晶體的紅外光的調(diào)制，必然存在太赫茲輻射大量損耗的情況，從而使得晶體產(chǎn)生與探測(cè)THz波效率降低；除此之外，菲涅爾反射現(xiàn)象還會(huì)影響太赫茲波的探測(cè)性能，特別是當(dāng)晶體厚度較小時(shí)，探測(cè)脈沖會(huì)在晶體內(nèi)部來回反射，形成所謂的法布里-珀羅共振現(xiàn)象，反映在時(shí)域譜上會(huì)出現(xiàn)許多子峰，從而造成頻域譜上的毛刺現(xiàn)象。

目前為解決該問題主要采用的方法是在光學(xué)元件表面鍍層厚度為四分之一入射波長(zhǎng)的透明介質(zhì)薄膜，但是該方法僅僅可以實(shí)現(xiàn)單一波長(zhǎng)及其附近波長(zhǎng)的抗反射性能，難于實(shí)現(xiàn)寬波段的抗反射性能，同時(shí)，由于鍍膜材料和光學(xué)晶體表面層材料的不同，理論上彼此之間存在熱膨脹系數(shù)不匹配，附著力差等問題，這種鍍膜方法往往無法解決匹配的問題。且只有當(dāng)鍍膜材料的折射率十分接近晶體材料才能發(fā)揮出增透的最大值，因此，對(duì)于不同的材料，可供選擇的制膜材料也不盡相同且可供選擇的范圍十分有限，由于THz波段較寬，很難找到一種材料實(shí)現(xiàn)整個(gè)波段匹配。此外，該膜層的厚度也難以確定。文獻(xiàn)“J,Darmo J,Unterrainer K.Metallic wave-impedance matching layers for broadbandterahertz optical systems[J].Optics express,2007,15(11):6552-6560.”公開了一種在Si，GaAs和GaP表面制備Cr和ITO金屬層作為抗反射層，該反射層起到了一定的抗反射作用，然而并沒有達(dá)到增透的效果。因此，通過制備單層膜從而達(dá)到增透效果的方法在實(shí)際運(yùn)用中面臨重重困難。

相比于鍍單層膜法，鍍多層膜能夠?qū)崿F(xiàn)寬波段的抗反射效果，它是通過在基底材料表面制備多層低折射率層來實(shí)現(xiàn)的，“Chen Y W,Zhang X C.Anti-reflectionimplementations for terahertz waves[J].Frontiers of Optoelectronics,2014,7(2):243-262.”公開了一種在Ge材料上利用CVD方法使用SiH₄和O₂來制備Si和SiO_x交替多層膜，同樣地，這種方法可以顯著提高在太赫茲波段的透過率，將Ge在太赫茲波段的透過率從60％提高到了60％-99％，在1-4THz波段，總體增透率為0-60％不等，這樣的方法主要是根據(jù)襯底材料進(jìn)行計(jì)算并且制備，所以該方法原則上也可用于其他材料的表面鍍膜提高其太赫茲透過率，但是該方法在太赫茲波段增透不均，從1THz-4THz逐漸降低到?jīng)]有增透效果。同時(shí)由于存在選膜、以及各層膜之間粘附力差、熱穩(wěn)定性差，以及設(shè)備昂貴等問題，多層膜法的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值不大。

為了解決表面鍍膜帶來的種種不足，在元件表面制備微結(jié)構(gòu)成為一種有效的改進(jìn)方法，該方法通過對(duì)晶體表面制備亞波長(zhǎng)微結(jié)構(gòu)，根據(jù)等效介質(zhì)理論，這種亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)可以等效于一層一層的均勻介質(zhì)膜，使得晶體表面折射率呈現(xiàn)漸變趨勢(shì)，從而降低表面的折射率，進(jìn)而提高其光學(xué)增透性能。并且由于微結(jié)構(gòu)的材料與晶體材料相同，因此不存在沾著力和熱穩(wěn)定的問題，更容易實(shí)現(xiàn)更寬波段的抗反射性能。