[发明专利]一种超薄金属膜太赫兹吸收层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太赫兹探测与成像技术领域，具体涉及一种超薄金属膜太赫兹吸收层及其制备方法。

背景技术

太赫兹（Terahertz， THz）波指频率介于0.1~10THz（波长3mm~30??m）的电磁辐射，其电磁波谱位于微波和红外波段之间，因此，太赫兹系统兼顾电子学和光学系统的优势。长期以来，由于缺乏有效的THz辐射产生和检测方法，人们对于该波段电磁辐射性质的了解非常有限，以至于该波段被称为电磁波谱中的THz空隙。该波段也是电磁波谱中有待进行全面研究的最后一个频率窗口。近年来由于自由电子激光器和超快激光技术的发展，为THz脉冲的产生提供了稳定、可靠的激发光源，使THz辐射的产生机理、检测技术和应用技术的研究得到蓬勃发展。

与其它波段的电磁波相比，THz电磁波具有如下独特特点：①THz波的波长处于微波及红外光之间，因此在应用方面相对于其它波段的电磁波，如微波和X射线等，具有非常强的互补特征；②THz波的典型脉宽在亚皮秒量级，不但可以进行亚皮秒、飞秒时间分辨的瞬态光谱研究，而且通过取样测量技术，能够有效地防止背景辐射噪音的干扰；③THz波具有很高的时间和空间相干性，这一特点在研究材料的瞬态相干动力学问题时具有极大的优势; ④THz波的光子能量低。频率为1THz的电磁波的光子能量只有大约4meV，因此不会对生物组织产生有害的电离，适合于对生物组织进行活体检查。THz波的这些特点使其在物体成像、环境监测、医疗诊断、射电天文、宽带移动通讯、尤其是在卫星通讯和军用雷达等方面具有重大的科学价值和广阔的应用前景。

太赫兹探测器是太赫兹技术应用的关键器件之一。在太赫兹探测器的开发和应用中，检测太赫兹信号具有举足轻重的意义。因为，一方面，与较短波长的光学波段电磁波相比，太赫兹波光子能量低，背景噪声通常占据显著地位;另一方面，随着太赫兹探测技术在各领域特别是军事领域中的应用的深入开展，不断提高接收灵敏度成为必然的要求。由于赫兹探测器探测单元中的热敏感薄膜对太赫兹波吸收很弱，使得太赫兹辐射信号检测的难度较大。传统的红外探测器，如微测辐射热计，对太赫兹的吸收仅为红外吸收的2~5%左右，甚至比器件材料的不均匀度还要低，故极难区分噪音与被检信号。因此，需要增加单独的太赫兹吸收层以增强探测器的吸收性能。要求太赫兹吸收层的反射率低，与下层材料的粘附性要好。目前常用的太赫兹吸收材料为有机黑体、黑金和Ni-Cr等。在这几种物质中，黑金的反射率最低，但它的粘附性不是很好。黑色树脂的反射率也比较低，但比较厚，而且热阻较大，可能会阻碍热量向敏感薄膜的传播。

目前，超薄金属膜和多层膜在太赫兹波段光子器件和光电子器件中的应用得到了广泛关注，其重要应用之一就是作为THz探测器的吸收层与THz波段抗反射涂层。由于微尺度效应，超薄金属膜的光学/电学特性及其参数（折射率、消光系数、吸收系数、介电常数、电导率等）与块状材料显著不同。厚度低于50nm的金属或金属复合薄膜用作太赫兹吸收层时对探测器的热容影响很小，利于高响应速率探测单元的制作。