[发明专利]一种太赫兹超材料单元结构及其制备与调控方法

权利要求书

1.一种太赫兹超材料单元结构，其特征在于，该太赫兹超材料单元结构由底层、中间介质层、表层三层组成，所述底层为一层连续金属膜；中间介质层为聚酰亚胺薄膜、氮化硅薄膜、氧化硅薄膜、非晶硅薄膜、氮氧化硅薄膜、氧化铝薄膜、氧化铪薄膜、氧化铝铪薄膜当中的一种；所述表层为表层谐振器，该表层谐振器为内部呈“工”字型、外围为“方框”的图形化金属。

2.根据权利要求1所述的太赫兹超材料单元结构，其特征在于，所述单元结构的面积为1mm×1mm ~ 200mm×200mm。

3.根据权利要求1所述的太赫兹超材料单元结构，其特征在于，所述超材料单元结构的中间介质层的介电常数为1~12，介质层的厚度为0.05~40μm。

4.根据权利要求1所述的太赫兹超材单元料结构，其特征在于，所述超材料单元结构的表层及底层金属为Au、或者是金属Al、Ti、TiN_x、TiSi_x、TiW_x、W、WSi_x、Ni、NiSi_x、Ta、TaN_x、Fe、Pt、Cu、Ag、NiCr_x合金当中的一种，所述金属薄膜的电导率为2×10⁵~6×10⁷ S/m，金属膜的厚度为5~2000nm。

5.制备如权利要1所述的太赫兹超材料单元结构的制备方法，其特征在于，包如下步骤：

① 清洗衬底，然后用高纯氮气吹干，备用；

② 在衬底的表面，利用反应器沉积一层厚度为5~2000 nm的金属连续膜，作为超材料的底层金属；

③ 在上述金属连续膜的表面，旋涂一层厚度为0.05~40 μm的介质层；

④ 利用反应器，在介质层的表面，沉积超材料的第二层金膜，厚度为5~2000 nm；

⑤ 利用刻蚀的方法，按照设定的尺寸，通过掩膜，对第二层金属膜进行选择性刻蚀、直至暴露出下面的介质层，形成内部为“工字”、外围为“方框”的金属图形，形成超材料的表层谐振器。

6.根据权利要5所述的太赫兹超材料单元结构的制备方法，其特征在于，在步骤在①中所用的支撑衬底为单晶硅片或者为氮化硅薄膜、非晶硅薄膜、氧化硅薄膜、氮氧化硅薄膜、聚酰亚胺薄膜、聚乙烯薄膜、聚苯乙烯薄膜、聚丙烯薄膜、砷化镓薄膜当中的一种。

7.一种如权利要求1所述太赫兹超材料单元结构的太赫兹响应特性的调控方法，其特征在于，将满足阻抗匹配的超材料单元结构的整体按比例地进行缩少或放大，当缩放比例在0.1到4之间发生变化时，超材料中间介质层的厚度由0.8μm逐渐增大到32μm、上下两层金属的厚度由20 nm逐渐增大到800 nm、单元面积由2.6mm×2.6mm逐渐增大到104mm×104mm，这种单元结构整体缩放导致的超材料的中心吸收频率将从17.69 THz逐渐减小到0.422 THz，响应频带从822 GHz逐渐缩窄到7.96 GHz。

8.根据权利要求7所述的超材料太赫兹响应特性的调控方法，其特征在于，整体地缩小和放大的超材料单元结构，其超材料的中心吸收频率随着结构单元整体的放大而减小、随着结构单元整体的缩小而增大，其变化满足f₂=f₁/k规律，其中，k为超材料单元结构整体缩小或放大的倍数，f₁为变化前超材料的吸收频率，f₂为变化后超材料的吸收频率。

9.根据权利要求7所述的超材料太赫兹响应特性的调控方法，其特征在于，整体缩小和放大超材料单元结构之后，太赫兹超材料的响应频带随着结构单元整体的放大而缩窄、随着结构单元整体的缩小而增宽。