[发明专利]一种基于柔性基底的太赫兹调制器膜材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子半导体技术领域，具体涉及一种基于柔性基底的太赫兹调制器膜材料的制备方法。

背景技术

太赫兹（THz）波（频率位于0.1～10THz波段的电磁波）处于毫米波和红外线之间的特殊位置，是电磁波谱中的最后一个空频段。在短距离无线通信、生物传感、医疗诊断、材料特性光谱检测以及非破坏式探测等方面均具有潜在的应用。推动太赫兹技术的进一步发展和实际应用，不仅要很好地解决可靠稳定的THz源，高灵敏高信噪比的THz探测器，同时还需要提供高性能、高集成度、廉价的太赫兹功能器件，如THz偏振、分束、滤波、开关、调制等新型功能器件。

然而，太赫兹通信技术并不是微波通信或者光通信的技术的移植，具有非常多的新型特性。已有的光学器件和电子器件很难直接对太赫兹传输进行控制。太赫兹材料和器件的缺乏，严重制约了太赫兹技术的实用化发展方向，成为太赫兹领域亟待解决的关键问题之一。尤其是太赫兹通信的调制器件在结构、尺寸、性能和工作方式均与微波和光波通信技术相去甚远，需要新的研制。美国Los Alamos国家实验室提出了一种基于金属型电磁超颖材料的太赫兹调制器件。该器件是在Si或者GaAs半导体基板上构建金属电磁共振单元，通过外加电场改变半导体基板载流子浓度从而影响电磁共振单元的太赫兹共振幅度，实现对太赫兹波透射信号的调制。[H.T.Chen,et al,Nature,444,597-600,(2006)]。（CN101943803A）采用对太赫兹波高度透明的介质材料石英玻璃作为基板，利用二氧化钒薄膜制作电磁共振阵列，实现对太赫兹信号的调制。（CN102393571A）在有线缺陷波导的硅光子晶体柱阵列表面镀一层二氧化钒薄膜，利用二氧化钒薄膜的相变特性及同一结构的介质和金属光子晶体波导的导带不同，实现光控高速宽带太赫兹强度调制和频率调制。

目前有关柔性太赫兹调制器报道较少，主要是因为有机功能层材料和柔性基底一般不能与CMOS工艺兼容，一般都制备在非柔性基底上，不能达到柔韧可弯曲的效果。随着柔性基底集成电路的制造也需要新型的柔性功能器件。

发明内容

本发明的目的，是克服现有技术的缺点和不足。基于柔性基底采用金属氧化法制备具有相变特性的VO₂纳米薄膜，采用光激励基柔性基底氧化钒对太赫兹波进行调制。提供一种制备过程简单，易于控制、稳定可靠的低光功率下的新型基于柔性基底的太赫兹调制器膜材料的制备方法。

本发明通过如下技术方案予以实现。

一种基于柔性基底的太赫兹调制器膜材料的制备方法，具有以下步骤：

(1)柔性基底PI的清洗：

所用柔性基底为聚酰亚胺，简称PI，将其依次放入去离子水、丙酮溶剂和无水乙醇中分别超声清洗20分钟，随后放入质量分数为5%的醋酸溶液中浸泡15分钟，除去表面有机物杂质；再用去离子水洗净，烘干备用；

(2)制备金属钒纳米薄膜：

将步骤（1）清洗好的PI置于超高真空对靶磁控溅射设备的真空室，采用质量纯度为99.99%的金属钒作为靶材，以质量纯度为99.999%的氩气作为工作气体，本底真空度4～6×10^-4Pa，基片温度为室温，氩气气体流量为45-48mL/min，溅射工作气压为0.5～2Pa，溅射功率135～150W，溅射时间10～60min，在PI表面沉积金属钒纳米薄膜；

(3)基于柔性基底金属钒纳米薄膜的热处理

将步骤(2)制得的金属钒纳米薄膜置于快速热处理设备中，采用质量纯度为99.999%的氧气作为工作气体，氧气气体流量为30～50sccm，热处理温度为250～300℃，热处理时间为30～180s；

(4)采用标准的8-fTHz时域频谱系统测试基柔性基底氧化钒薄膜的调制特性，所加激光功率为200-600mW。

所述步骤(1)的柔性基底PI的介电常数为3.4，耐高温达400℃。

所述步骤(1)柔性基底PI的规格为2cm×1cm的矩形；

所述步骤(2)制备的金属钒薄膜厚度为50～300nm，高真空对靶磁控溅射设备的真空室为DPS-Ⅲ型超高真空对靶磁控溅射设备的真空室。

所述步骤(3)热处理后的薄膜为二氧化钒或者五氧化二钒。

所述步骤(3)的快速热处理设备为AG610系列，热处理后形成的氧化钒薄膜厚度为100～600nm。

与现有技术相比较，本发明的有益效果为：