[发明专利]一种多层超材料单元结构及其制备与调控方法

权利要求书

1.一种多层超材料单元结构，其特征在于，该多层超材料单元结构包括五层，由上至下依次为表层金属（5）、上层介质（4）、中间层金属（3）、下层介质（2）、底层金属（1），其中，表层金属（5）及中间层金属（3）为环型，且这两层金属环之间同时存在重叠区域与未重叠区域，底层金属（1）为连续的金属膜。

2.根据权利要求1所述的一种多层超材料单元结构，其特征在于，所述表层金属（5）的尺寸与中间层金属（3）不同。

3.根据权利要求1所述的一种多层超材料单元结构，其特征在于，

所述上层介质（4）和下层介质（2）为聚酰亚胺薄膜、或氮化硅薄膜、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，或者是它们的复合膜，

上层介质（4）的厚度为10nm～10μm，下层介质（2）的厚度为50nm～40μm，上层介质（4）与下层介质（2）的介电常数为1～12。

4.根据权利要求1所述的多层超材料单元结构，其特征在于，表层金属（5）、中间层金属（3）以及底层金属（1）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当中的一种，或者是它们的复合膜，所述表层金属（5）、中间层金属（3）以及底层金属（1）的电导率为2×10⁵～1×10⁸S/m，厚度为5～2000nm。

5.一种制备权利要求1-4任一项所述的多层超材料单元结构的方法，其特征在于，包括如下步骤：

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5～2000nm的金属连续膜，作为多层超材料的底层金属（1）；

③在上述金属连续膜的表面，旋涂一层厚度为50nm～40μm的介质膜，作为多层超材料的下层介质层（2）；

④利用反应器，在介质层的表面，沉积多层超材料的第二层金属膜，厚度为5～2000nm；

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、直至暴露出下面的下层介质层（2），形成多层超材料的中间层环状金属结构（3）；

⑥在上述金属膜的表面，旋涂一层厚度为10nm～10μm的介质膜，作为多层超材料的上层介质层（4）；

⑦利用反应器，在上层介质层（4）的表面，沉积超材料的第3层金属膜，厚度为5～2000nm；

⑧利用刻蚀的方法，按照设定的尺寸，通过掩膜，对第3层金属膜进行选择性刻蚀、直至暴露出下面的上层介质层（4），形成多层超材料的表层环状的表层金属（5）结构。

6.根据权利要求5所述的多层超材料单元结构的制备方法，其特征在于，在步骤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，或者是它们的复合膜。

7.根据权利要求1-4任一所述的多层超材料单元结构的性能调控方法，其特征在于，

多层超材料单元结构的性能通过改变谐振金属图形、金属与介质材料参数进行调节；

多层超材料单元结构的性能通过改变该多层超材料的表层金属（5）及中间层金属（3）两层金属环的尺寸、两环的重叠区域的宽度、以及两环的未重叠区域的宽度来调节。