[发明专利]基于钙钛矿的超材料太赫兹调制器件及制备方法

权利要求书

1.一种基于钙钛矿的超材料太赫兹调制器件，自下而上包括衬底(1)和周期性排布的铝开口谐振环单元(2)，其特征在于，每个铝开口谐振环单元(2)的开口之间填充有厚度为40-80nm的钙钛矿材料(3)，铝开口谐振环单元(2)的表面覆盖有厚度为40-80nm的钙钛矿材料(3)。

2.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，衬底(1)采用厚度为1mm的Z切石英晶体。

3.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，每个铝开口谐振单元(2)为厚度为180-220nm、周期为50-100μm方形，该方形长度为40-80μm，宽度为4-8μm；每个铝开口谐振单元(2)的开口为不对称分布的两个，其开口间隙为2-4μm，不对称性为10-20μm。

4.一种基于钙钛矿的超材料太赫兹调制器件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤

1)预处理石英衬底：

将石英衬底依次放入丙酮和IPA中进行超声清洗，超声清洗的清洗温度为50℃，每项超声清洗的时间均为20min；

将超声清洗过的衬底放在100℃的热台上烘干8-12min进行，得到预处理好的衬底；

2)在预处理后的石英衬底上进行光刻，形成不对称铝开口谐振环图形：

3)配置钙钛矿前驱体溶液，采用旋涂或刮涂方法将该溶液涂覆在刻有周期分布铝开口谐振环图形的石英衬底上，再将其放置于温度为95-105℃热台上退火10-15min，在石英衬底及铝图形上形成40-80nm厚的平整的钙钛矿薄膜。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤2)在预处理后的石英衬底上进行光刻，形成不对称铝开口谐振环图形，其实现如下：

2a)将1.5μm厚的正光刻胶涂在预处理后的石英衬底上，并在100℃-110℃温度下前烘80-100s；

2b)把不对称开口谐振环掩膜版与前烘后的光刻胶对齐，在紫外光照射下曝光，并通过显影液处理，将掩膜版上的图形复制到光刻胶上；

2c)使用电子束蒸发或磁控溅射或热蒸发的方法在有光刻胶图形的石英衬底上淀积180-220nm厚的铝；

2d)将石英衬底上淀积有铝的器件浸泡在丙酮溶液中24h-48h，以剥离不需要的铝获得厚度为180-220nm、周期为50-100μm的方形不对称开口谐振环结构，并使用氮气枪清洁整个石英衬底表面。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤3)中的旋涂方法包括一步旋涂和两步旋涂。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述一步旋涂的工艺条件如下：

将27.0mg/ml的CH₃NH₃I和78.3mg/ml碘化铅PbI₂，按摩尔比1:1溶于1mLN-N二甲基甲酰胺DMF中，并在70℃下加热搅拌使其充分溶解；

将配置好的溶液一次旋涂在刻有周期分布铝开口谐振环图形的石英衬底上，转速为2000-5000rpm，旋涂时间为20-40s。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述两步旋涂的工艺条件如下：

第一步，将0.08mol/ml PbI₂溶于1ml DMF，加热75℃搅拌2小时，形成PbI₂溶液，再将该溶液旋涂在刻有周期分布铝开口谐振环图形的石英衬底上，转速为2000-5000rpm，旋涂时间为20-40s；

第二步，将27mg的MAI溶于1mL的IPA溶剂中，再加入10μL的N-N二甲基甲酰胺DMF，形成MAI溶液，并将该溶液旋涂在经第一步旋涂后的开口谐振环图形石英衬底上，转速为2000-5000rpm，旋涂时间为20-40s。