[發明專利]基于半導體鍍納米介孔金屬薄膜結構及太赫茲波增強系統

有效

• 申請號: 201811418365.0
• 申請日: 2018-11-26
• 公開（公告）號: CN109557042B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 曾和平;南君義;李敏;張玲
• 申請（專利權）人: 廣東朗研科技有限公司;上海朗研光電科技有限公司;華東師范大學
• 主分類號: G01N21/3586
• 分類號: G01N21/3586;H01S1/02
• 代理公司: 東莞市華南專利商標事務所有限公司 44215
• 代理人: 劉克寬

本發明提供一種增強場太赫茲波輻射的納米介孔金屬薄膜結構的制備方法，包括以下步驟：先制備出含有至少兩種金屬元素的合金薄膜，然后在一定條件下將其中至少一種金屬元素經化學反應蝕出，得到表面粗糙、內部含有大量納米介孔的金屬薄膜，然后將該表面粗糙、內部含有大量納米介孔的金屬薄膜鍍覆到半導體襯底的表面。通過該方法制得的納米介孔金屬薄膜結構，能從根本上提高太赫茲波的能量上限，從而獲得強場太赫茲波。

技術領域

本發明屬于太赫茲波產生領域，主要涉及利用半導體鍍納米介孔金屬結構實現增加太赫茲波轉化效率的系統、半導體鍍納米介孔金屬結構及其制備方法。

背景技術

太赫茲波是頻率在0.1~10 THz(1THz=10¹² Hz)之間的電磁波，位于電磁波譜的微波和紅外波段之間。太赫茲波是宏觀電子學與微觀光子學研究的交叉領域，本身除了具有電磁波的波粒二象性外，還有低能性、相干性、瞬態性、高穿透性、光譜指紋特性、寬帶性和水吸收性等優越獨特的性質，因此太赫茲波在研究宇宙背景輻射、生物醫學成像、癌癥檢測、藥物毒品檢測、爆炸物檢測、無損成像、安檢、無線通信等領域都有很大的研究價值和前景。雖然低能量太赫茲波已經應用于諸多領域，但高能（脈沖能量大于微焦μJ）、強場（脈沖峰值電磁大于MV/m）的太赫茲輻射源意味著更尖端、更前沿、更創新的研究領域和應用。因此，研究出更高轉換效率、高能量、高場強的太赫茲場輻射方法是十分有意義和價值的。

常見的產生高能量、寬頻譜太赫茲輻射的方法，如采用超快激光激勵氣體或非線性晶體等，都需要強激光作為激發源，其激光功率密度至少需要達到千GW/cm²以上，因此，所需激光光源系統龐大，對環境要求高，極大地限制了太赫茲儀器向小型化的邁進。傳統的半導體太赫茲天線雖對激發光源要求較低，但其對泵浦激光的損傷閾值很低，略高的激光能量便會擊穿激光作用的靶面，而且常規的半導體太赫茲天線的靶面對入射光的反射率超過30%，極大地限制了太赫茲輻射的效率。已有的改進方法，如通過設計鍍在半導體太赫茲天線表面的金屬布線結構，能略微提高半導體太赫茲天線的太赫茲波產生效率和頻譜寬度；或者在激光作用的靶面區域鍍一層金屬納米島陣列，可以形成局域場增強從而使太赫茲波輻射增強；或者在半導體太赫茲天線的金屬導線之間沉積納米顆粒，可以增加激光作用在半導體太赫茲天線上產生的光電流大小，從而增強場太赫茲波輻射；或者在半導體太赫茲天線表面鍍一層離子納米材料，減少入射光的反射率等方法。然而這些方法都不能從根本上提高太赫茲波的能量上限。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供能從根本上提高太赫茲波的能量上限，從而獲得強場太赫茲波的方法、結構及系統。

為解決上述技術問題，本發明提供一種增強場太赫茲波輻射的納米介孔金屬薄膜結構的制備方法，包括以下步驟：先制備出含有至少兩種金屬元素的合金薄膜，然后在一定條件下將其中至少一種金屬元素經化學反應蝕出，得到表面粗糙、內部含有大量納米介孔的金屬薄膜，然后將該表面粗糙、內部含有大量納米介孔的金屬薄膜鍍覆到半導體襯底的表面。

優選地，所述合金薄膜的其中一種金屬元素是銀元素，其它金屬元素不能在硝酸溶液中蝕出，所述“在一定條件下將其中至少一種金屬元素經化學反應蝕出”具體地：把合金薄膜放入硝酸溶液中，從而將其中的銀元素蝕出。

本發明還提供一種半導體鍍納米介孔金屬薄膜結構，包括納米介孔金屬薄膜和半導體襯底，所述納米介孔金屬薄膜鍍覆在半導體襯底的表面，所述納米介孔金屬薄膜表面粗糙、內部含有大量納米介孔。

優選地，所述半導體鍍納米介孔金屬薄膜結構經權利要求1或2所述的方法制得。

優選地，所述合金薄膜的其中一種金屬元素是金元素，其他全部金屬元素經化學反應蝕出。

優選地，所述納米介孔金屬薄膜有單層或者多層。

優選地，所述半導體襯底是電子遷移率大于4000 cm²/v?s的高電子遷移率半導體晶體。