[发明专利]基于超材料的肖特基型太赫兹多谱信号探测器和制备方法

说明书

技术领域

本发明属于信号探测技术领域，更具体地，涉及一种基于超材料的肖特基型太赫兹多谱信号探测器和制备方法。

背景技术

太赫兹探测在机场安检系统、通信、电子对抗和无损检测等众多领域都有着广泛地应用，常见的太赫兹探测器主要包括热探测器、肖特基二极管探测器。

在要求高速、高灵敏度、多谱信号探测的场合下，现有太赫兹探测器存在以下方面的问题：1、太赫兹探测器的谱成像装置仍需配置复杂的驱动或扫描机构，体积和质量大；2、太赫兹探测器响应速度较慢；3、太赫兹探测器的光谱探测范围不能轻易扩展。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于超材料的肖特基型太赫兹多谱信号探测器和制备方法，其目的在于，解决现有太赫兹信号探测器中存在的体积大、响应慢、光谱探测范围不能轻易扩展的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于超材料的肖特基型太赫兹多谱信号探测器，包括自下而上依次设置的衬底层、N型砷化镓层、二氧化硅层、超材料层、欧姆电极、和一对肖特基电极，超材料层与N型砷化镓层形成肖特基接触，超材料层包括多个可以以任意方式排列的金属开环共振单元阵列，且为具有周期性微纳米结构的金属层，金属开环共振单元阵列的金属开环共振单元开孔间距t＝2～8μm，线宽d＝4～14μm，周期L＝36～100μm。

优选地，所述周期性微纳米结构的金属层包含了多种图形及其特征尺寸参数，其对于特定电磁波具有完全吸收特性。

优选地，衬底层的材料是半绝缘砷化镓、硅、或三氧化二铝。

优选地，欧姆电极的材料是镍、锗、以及金，其厚度分别为20-30nm、200-300nm和20-30nm。

优选地，肖特基电极的材料是钛和金，其厚度分别为20-30nm和200-250nm。

优选地，当超材料层用于电磁信号探测时，其周期性微纳米结构的周期应该远小于电磁信号的波长。

优选地，金属开环共振单元阵列的制作材料为钛和金，其厚度分别为20～30nm和200～250nm。

按照本发明的另一方面，提供了蒸发堆叠在一起的Ni/Ge/Au层，将Ni/Ge/Au层进行剥离，从而形成具有Ni/Ge/Au层的欧姆电极，对具有该Ni/Ge/Au层的欧姆电极退火，以形成欧姆电极；

(4)在二氧化硅层上通过正胶工艺光刻肖特基接触孔，并使用湿法腐蚀对肖特基接触孔进行腐蚀处理，以腐蚀二氧化硅层，通过负胶工艺光刻肖特基电极，采用电子束蒸发的方式依次蒸发堆叠在一起的Ni/Au层，将Ni/Au层进行剥离，从而分别形成具有Ni/Au层的超材料层和肖特基电极，超材料层直接与N型砷化镓层接触，肖特基电极设置于二氧化硅层上，且肖特基电极和超材料层之间的距离为1mm～1.5mm。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1、本发明基于超材料的肖特基型太赫兹多谱信号探测器体积小：由于所述超材料的制作采用微纳米光刻工艺，在1mm²尺寸内可以集成数千个金属开环共振单元，将多种图形构成的金属开环共振单元阵列集成在一起，也只需要1～2cm²的空间，因此基于超材料的肖特基型太赫兹多谱信号探测器体积很小、重量很轻；

2、本发明基于超材料的肖特基型太赫兹多谱信号探测器响应速度较快：由于超材料层的金属开环共振单元具有完全吸收对应波段电磁信号的能力，一旦与对应太赫兹波段信号产生共振，其共振响应速度属于超高速响应，能够在极短时间内产生响应信号。

3、本发明基于超材料的肖特基型太赫兹多谱信号探测器只需要交流信号发生器等少量电子资源辅助其进行工作，从而节省了外围电路资源。

4、由于超材料层可以任意增加新的金属开环共振单元阵列，因此本发明提供了一种可根据实际需要扩展信号探测范围的能力，实现可灵活扩展的宽谱太赫兹探测。

附图说明

图1是本发明基于超材料的肖特基型太赫兹多谱信号探测器的纵向剖面示意图。

图2是本发明基于超材料的肖特基型太赫兹多谱信号探测器的俯视示意图。

图3是本发明超材料层的示意图。

图4是本发明的超材料层中金属开环共振单元阵列的结构示意图。

具体实施方式