[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

说明书

本发明公开了一种高效的钙钛矿超材料太赫兹调制器件及制备方法，主要解决现有太赫兹调制器件灵敏度低和制备工艺复杂的问题。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)，每个铝开口谐振单元的开口为不对称分布的两个，其开口间隙为2‑4μm，每个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)的表面也覆盖有同样厚度的钙钛矿材料，使用中，可通过光泵浦改变钙钛矿填充材料的电介质性质来改变等效电容，实现对太赫兹波段的谐振频率和振幅透过率调制。本发明工艺简单，调制灵敏度高，应用场景更宽，可用于短距高速宽带通信、超分辨率武器制导、生物传感、医学成像、材料特性检测和安全检查。

技术领域

本发明属于微电子技术领域，具体涉及一种太赫兹调制器件，可用于短距高速宽带通信、超分辨率武器制导、生物传感、医学成像、材料特性检测和安全检查。

背景技术

太赫兹波是指频率位于0.1THz到10THz范围内的电磁波。在频率分类上其处于毫米波和红外线之间，在能量分类上其处于电子和光子之间。研制低损耗、髙效传输调制和快速响应的太赫兹器件，已成为最亟待解决的关键技术之一。

Dibakar Roy Chowdhury等作者在其发表的论文“Dynamically reconfigurablemetamaterial through photodoped semiconductor”(Applied Physics letters,vol.99,issue.23,2011.12.05)中公开了一种硅基光控太赫兹调制器件。该器件的结构为Al/Ti/Si/Sapphire太赫兹开口谐振环。狭缝内的硅片由于光致电导的变化导致谐振和三阶偶极共振强度逐渐减弱，来实现光控太赫兹调制的功能。但是该硅基光控太赫兹调制器件制备过程复杂，同时由于衬底使用了蓝宝石上硅，故最后仍需要刻蚀工艺来去除多余的硅。

Manukumara Manjappa等作者在其发表的论文“Active Photoswitching ofSharp Fano Resonances in THz Metadevices”(Advanced Materials,vol.29,issue.3,2017.01.18)中公开了另一种硅基光控太赫兹调制器件。该硅基光控太赫兹调制器件采用两步光刻法，实现了Al/Si/Sapphire太赫兹不对称开口谐振环结构。其中硅材料被填充在超材料单元结构的幵口狭缝之间，通过光泵浦改变硅的电介质性质来改变等效电容，以达到对太赫兹波段的谐振频率和振幅透过率实现调制的目标。当光泵浦能量密度在3.5μJcm^-2到140μJ cm^-2时，可以实现对器件的法诺共振的调制以及完全关闭。但是，该硅基光控太赫兹调制器件所要求的光泵浦能量密度阈值为140μJ cm^-2，灵敏度还有继续提升的空间。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的缺点，提供一种基于钙钛矿的超材料太赫兹调制器件及制备方法，以简化制备工艺，提高器件的灵敏度，降低成本。

为实现上述目的，本发明基于钙钛矿的超材料太赫兹调制器件，自下而上包括衬底和周期性排布的铝开口谐振环单元，其特征在于，每个铝开口谐振环单元的开口之间填充有厚度为40-80nm的钙钛矿材料，铝开口谐振环单元的表面覆盖有厚度为40-80nm的钙钛矿材料。

进一步，所述衬底(1)采用厚度为1mm的Z切石英晶体。

进一步，所述每个铝开口谐振单元为厚度为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。

为实现上述目的，本发明基于钙钛矿的超材料太赫兹调制器件的制备方法，包括如下步骤：

1)预处理石英衬底：