[发明专利]一种异质材料结构化多层薄膜吸波器及其制造方法

说明书

本发明公开了一种异质材料结构化多层薄膜吸波器及其制造方法，所述结构化多层薄膜包括硅基底，Ag薄膜、SiO₂薄膜和SiN_x薄膜从下往上依次层叠；该结构化多层薄膜整体为微金字塔结构阵列。制备时，采用单点金刚石车削技术在异质材料多层薄膜中直接完成微金字塔结构的成型。本发明提出的异质材料结构化多层薄膜吸波器对可见光波以及红外波段光波表现出明显的吸波特性，该包含金属‑介质的异质材料结构化多层薄膜吸波器可以实现对电磁波能量的吸收，制备成本低、效率高，对于光伏、隐身领域具有重要的实用价值。

技术领域

本发明涉及电磁吸波领域，具体是一种异质材料结构化多层薄膜吸波器及其制备方法。

背景技术

吸波材料是指能够有效吸收并损耗掉照射到其表面的电磁波能量的一类材料。它是一种重要的功能材料。吸波材料可分为涂覆型和结构型两类。其中涂覆型吸波材料一般是将具有吸波性能的粉末，纤维等吸收剂与粘结剂、固化剂等按一定的比例混合制成，F-117A、B-2、F-22等隐身战机在机身强散射源的地方都使用了涂覆型吸波材料。而结构型吸波材料则是一种多功能复合材料，较之涂覆型吸波材料，结构型吸波材料最大的优势就是在有效吸收入射波的同时，可用作结构功能件，如飞行器前缘、腹鳍等，并且可根据使用场景进行合理设计，主要分为传统结构型与超材料型。

常见的传统结构型吸波材料主要有：Jaumann吸波体、几何渐变吸波体等。虽然制备工艺简单，但其结构厚度一般都比较大：Jaumann吸波体的每一层结构都需要满足d=λ₀/4（λ₀为中心工作波长）；而几何渐变吸波体的厚度一般都在400mm以上，甚至600~750mm，良好的吸收效能却带来了结构厚度的急剧增加。超材料吸波结构的出现，为吸波器件的小型化、集成化提供了较为理想的解决方案。超材料的电磁响应不仅由它的构成材料决定，也与其谐振单元的微结构和排列方式有关。基于超材料设计的完美吸波器(PMA)通过合理改变谐振单元的微结构参数和排列方式可以实现对特定波长的电磁波接近100%的吸收。目前报道的超材料吸波器大多处于理论计算的阶段，很难实现大口径的制备，同时，目前报道的超材料吸波器受限于偏振敏感特性，难以进一步推广应用。

发明内容

本发明要提供一种偏振不敏感的异质材料结构化多层薄膜吸波器及其制备方法，以解决基于传统结构型材料的吸波器体积和重量大，同时基于超材料的吸波器带宽窄、制造成本高、效率低和难以应用的问题。

为了达到本发明的目的，本发明采用的技术方案是：

一种异质材料结构化多层薄膜吸波器，包括硅基底，硅基底的顶部设置有1~N个多膜层单元，每个多膜层单元包括从下往上依次层叠的Ag薄膜、SiO₂薄膜和SiN_x薄膜，1~N个多膜层单元整体为金字塔阵列结构。

进一步的，所述硅基底尺寸为4μm，金字塔阵列结构整体高度大于1μm，每个多膜层单元中Ag薄膜厚度30~200nm、SiO₂薄膜厚度200~800nm，SiN_x薄膜厚度200~800nm；所述硅基底表面的Ag薄膜的厚度不小于120nm。

一种异质材料结构化多层薄膜吸波器的制备方法，包括以下步骤：

1）多层薄膜的沉积

采用磁控溅射沉积方法实现硅基底上金属膜层的制备，采用等离子体增强化学沉积方法实现低折射率介电膜层与高折射率介电膜层的制备；

2）单点金刚石直接切削成型

采用单点金刚石切削技术在异质材料多层薄膜表面直接切削，实现微金字塔结构阵列的结构化多层薄膜吸波器的成型。

与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：