[发明专利]一种基于MEMS技术的太赫兹焦平面阵列

权利要求书

1.一种基于MEMS技术的太赫兹焦平面阵列，其特征在于：所述太赫兹焦平面阵列由多个微悬臂梁像元和支撑多个微悬臂梁像元的衬底组成，所述多个微悬臂梁像元的结构完全相同。

2.如权利要求1所述的太赫兹焦平面阵列，其特征在于：所述微悬臂梁像元由太赫兹敏感面和微悬臂梁支腿组成，所述太赫兹敏感面是悬空的，通过微悬臂梁支腿固支在衬底上。

3.如权利要求2所述的微悬臂梁像元，其特征在于：所述太赫兹敏感面包括主结构层、太赫兹吸收结构层和光学反射镜面。

4.如权利要求3所述的太赫兹敏感面，其特征在于：所述主结构层由一层或多层半导体介质材料组成，所述半导体介质材料可以是氮化硅、氧化硅等；所述主结构层也可以作为太赫兹吸收结构层中的一部分。

5.如权利要求3所述的太赫兹敏感面，其特征在于：所述太赫兹吸收结构层可以位于主结构层的上表面或下表面，也可以在多层主结构层中间；所述太赫兹吸收结构层可以由一层薄膜材料或多层薄膜材料叠加形成，所述薄膜材料可以是薄金属层、超材料吸收结构、金属化合物、碳纳米管、石墨烯、半导体介质材料、有机高分子材料等。

6.如权利要求5所述的太赫兹吸收层，其特征在于：所述超材料结构是由太赫兹反射层、介质材料层和谐振结构组成。所述太赫兹反射层为连续金属薄膜，位于超材料结构的最下层。所述介质材料层位于位于太赫兹反射层和谐振结构之间，采用透射太赫兹波的材料，所述介质材料层包括有机高分子聚合物材料，如聚酰亚胺、聚对二甲苯-C(Parylene-C)等，或半导体介质材料，如二氧化硅、氮化硅和碳化硅等。所述谐振结构可以是闭合的环型结构、单侧开口的劈裂环结构、一维或二维栅格结构等，所述谐振结构的尺寸及晶格常数根据探测频段波长的要求设计为亚波长，所述谐振结构可以采用金属材料，如金、铝、银、铜等，也可以采用掺杂半导体材料，如掺杂的硅、锗等，也可以是金属硅化物材料，如钛硅化合物、钴硅化合物、钨硅化合物等。

7.如权利要求3所述的太赫兹敏感面，其特征在于：所述光学反射镜面可以是一层或多层薄层金属材料，可以位于主结构层上表面或下表面，也可以是太赫兹吸收结构中的薄金属层。

8.如权利要求2所述的微悬臂梁像元，其特征在于：所述微悬臂梁支腿包括形变支腿和热隔离支腿，位于太赫兹敏感面两侧，所述微悬臂梁支腿的排列方式可以是直线式、折线式、双折线式和多折线式等。所述形变支腿由两种热膨胀系数相差较大的材料组成，一种材料为具有较小热导率和热膨胀系数的半导体介质材料制备，如氮化硅、氧化硅等；另一种材料为高热膨胀系数的金属、聚合物等材料；所述形变支腿一端连接于太赫兹敏感面，一端连接于热隔离支腿。所述热隔离支腿仅包括热导率较小的半导体介质材料，该半导体介质材料可以与形变支腿的一种材料相同，所述热隔离支腿位于形变支腿和衬底之间。

9.如权利要求1所述的太赫兹焦平面阵列，其特征在于：所述支撑多个微悬臂梁像元的衬底可以是单晶硅片、锗片、石英片等材料，如果太赫兹波从衬底一面入射，所述衬底材料需要对太赫兹波有高透过率，可以在所述衬底材料上淀积增透膜以提高太赫兹的透过效率。

10.如权利要求1所述的太赫兹焦平面阵列，其特征在于：所述衬底可以部分或全部去除，形成半镂空结构或全镂空结构。所述半镂空结构是部分去除衬底，由剩余衬底形成多个纵横支撑梁，纵横支撑梁交叉形成多个方形或长方形框架，所述多个微悬臂梁像元通过微悬臂梁支腿分别固定到框架上；所述全镂空结构是全部去除多个微悬臂梁像元下面的衬底，仅剩余多个悬臂梁像元外围的衬底，剩余衬底形成的一个方形或长方形框架，所述一个方形或长方形框架内有多条纵横支撑梁，多条纵横支撑梁将框架分割成小窗口阵列，每个小窗口镶嵌一个微悬臂梁像元。所述纵横支撑梁支撑于框架上，所述微悬臂梁像元支撑于纵横支撑梁上。所述框架材料与衬底材料相同，所述支撑梁材料可以是单晶硅、多晶硅、氮化硅、氧化硅以及他们的叠加材料。