[發明專利]基于超材料表面的全介質太赫茲傳感器

有效

• 申請號: 202110940220.2
• 申請日: 2021-08-16
• 公開（公告）號: CN113624349B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 方明;康美軍;馮健;徐珂;肖志成;程榮生;劉星晨;黃志祥
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: G01J5/20
• 分類號: G01J5/20
• 代理公司: 江蘇長德知識產權代理有限公司 32478
• 代理人: 馮娟

本發明公開了基于超材料表面的全介質太赫茲傳感器，屬于傳感器制造技術領域，該傳感器包括敏感元件以及與其相連接的熱敏電路，所述敏感元件由摻雜導電材料的圓柱半導體構成，用以改變圓柱半導體的電導率，進而可以吸收太赫茲波段的電磁波；本發明基于超材料表面的全介質太赫茲傳感器，傳感器的敏感元件所用介質為摻雜的半導體，半導體低產生的熱量也很低，因而對周圍器件產生的影響很低，并且其結構簡單，制作方便，具有較高的靈敏度。

技術領域

本發明屬于傳感器制造技術領域，具體涉及基于超材料表面的全介質太赫茲傳感器。

背景技術

電磁超材料屬于一種人工合成的特殊材料，是自然界不存在的。因其在一定條件下可以對某些波段的電磁波吸收率極高，從而有著廣泛的應用。

近年來，隨著互聯網信息化時代的快速發展，更多的電子產品問世，電磁波逐漸出現在了人們的視野中。將電磁波與傳感器相結合，人們發現了其價值，傳感器在諸多產品中變成了不可分割的必要器件。日常生活中的許多家電器件，比如電磁爐、冰箱、微波爐都有傳感器的身影。醫療領域、軍事領域、電商物流領域更是需要更加精密的傳感器。

傳統的傳感器由金屬和介質構成，其造價成本高，由于其工作波段在幾十到幾百兆赫茲，需要很大的功率，產生的熱量極高，對周圍相鄰的器件可能會有很大的影響，影響傳感器的效率，進而導致整個產品的使用壽命會變短。

發明內容

本發明的目的在于提供基于超材料表面的全介質太赫茲傳感器，產生的熱量也很低，對周圍器件產生的影響很低，并且其結構簡單，制作方便，具有較高的靈敏度，可以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明設計如下技術構思：一種全介質的傳感器，用一種全介質的半導體材料制成，通過摻雜可以改變其電導率，然后可以吸收某些頻段的電磁波；

具體的，本發明根據上述技術構思，提出基于超材料表面的全介質太赫茲傳感器，該傳感器包括敏感元件以及與其相連接的熱敏電路，所述敏感元件由摻雜導電材料的圓柱半導體構成，用以改變圓柱半導體的電導率，進而可以吸收太赫茲波段的電磁波；并且因傳感器的敏感元件所用介質為摻雜的半導體，半導體產生的熱量遠比金屬低，因而對周圍器件產生的影響也很低。

優選地，該傳感器的尺寸為微米。

優選地，所述摻雜的導電材料具體為硼。

優選地，所述圓柱半導體具體為氮化硅圓柱體。

優選地，所述氮化硅圓柱體的半徑為95-110um，高度在85-95um。

優選地，所述摻雜導電材料圓柱半導體的制備工藝，包括以下步驟：

1)鍍膜前預處理：選用氮化硅圓柱體作為基體并進行鍍膜前預處理；

2)濺射：以氬氣作為濺射氣體，在對基體施加偏壓的條件下，對導電材料硼靶進行磁控共濺射，在基體上沉積摻雜硼的氮化硅薄膜；

3)退火：在氮氣氣體下，對沉積有摻雜硼的基體進行光熱退火處理，保溫1-2h；

4)冷卻：緩慢冷卻后獲得穩定摻雜硼的氮化硅薄膜。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

(1)本發明只需要極低的功率就可以使用，可以節約用電成本。

(2)本發明體積小，形狀規則，加工方便。

(3)本發明產生的損耗低，產生的熱量小。

(4)通過實驗測試可知，通過修改材料的相對介電常數、電導率以及尺寸，都可以改變該介質的工作頻段，因此該產品可用于多種頻段的傳感器領域。