WO2017164523A1 - Active metamaterial array and method for manufacturing same - Google Patents

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WO2017164523A1
WO2017164523A1 PCT/KR2017/001929 KR2017001929W WO2017164523A1 WO 2017164523 A1 WO2017164523 A1 WO 2017164523A1 KR 2017001929 W KR2017001929 W KR 2017001929W WO 2017164523 A1 WO2017164523 A1 WO 2017164523A1
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WO
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material layer
metamaterial
conductivity
gate electrode
electrolyte material
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PCT/KR2017/001929
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Korean (ko)
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이호진
강문성
정현승
허은아
조보은
구재목
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숭실대학교산학협력단
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P7/00Resonators of the waveguide type
    • H01P7/08Strip line resonators
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03CMODULATION
    • H03C7/00Modulating electromagnetic waves
    • H03C7/02Modulating electromagnetic waves in transmission lines, waveguides, cavity resonators or radiation fields of antennas
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01Manufacture or treatment
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators

Definitions

  • the present invention relates to an active metamaterial array and a method of manufacturing the same.
  • Active metamaterial technology uses visible light (VL), infrared (IR), infrared (IR), ultraviolet (UV) rays and terahertz waves through the structure, conductivity, and arrangement of metaatoms that make up metamaterials.
  • VL visible light
  • IR infrared
  • IR infrared
  • UV ultraviolet
  • terahertz Wave is a technology that selectively tunes, particularly as an important research area for implementing terahertz systems.
  • Metamaterial arrays for actively varying the terahertz wave adjustment have been implemented using electrical, optical, mechanical and thermal variables.
  • a method for switching terahertz waves by changing the conductivity of the entire metamaterial array or a portion of the metaatoms through external stimuli has been studied.
  • FIG. 1A and 1B schematically illustrate a conventional metamaterial array.
  • a technique of controlling the change of the metamaterial structure 101 as a whole may be performed by coating a material capable of changing conductivity on the substrate 102 including the metamaterial structure 101.
  • the conductivity is changed through the external magnetic pole 103, and thus the resonance of the metamaterial is switched.
  • This method can switch the resonance of the metamaterial itself and does not require an additional pattern, but has the disadvantage that it is impossible to vary the resonance frequency to have a desired frequency or phase.
  • the technique of controlling the change of the entire metamaterial structure 101 by adding the semiconductor layer 105 to the metamaterial structure 101 may vary the resonance frequency through an external stimulus.
  • the variable range is limited because the range is defined within the structure of the metamaterial structure.
  • there is a difficulty in the electrical wiring for the variable of the individual metamaterial structure and thus there is a limit in the variable method.
  • the prior art Korea Patent Publication No. 2016-0013423 (name of the invention: high-efficiency terahertz transceiver capable of frequency modulation) is capable of frequency modulation capable of modulating the frequency to increase the generation output and measurement sensitivity of the terahertz wave
  • a high efficiency terahertz transceiver is disclosed.
  • the present invention to solve the above problems, to provide a meta-material array for changing the conductivity of the material layer that can vary the conductivity connecting between the meta-material structure to connect or separate a plurality of meta-material structure integrally. There is this.
  • an active metamaterial array is a substrate; A plurality of metamaterial structures disposed on the substrate and spaced apart from each other; A conductivity varying material layer formed between the plurality of metamaterial structures to selectively connect the metamaterial structures; An electrolyte material layer required for conductivity control of the conductivity varying material; And a gate electrode disposed at one end of the substrate and in contact with the electrolyte, wherein the gate electrode controls the movement of ions included in the electrolyte material layer when an external voltage is applied to the gate electrode to thereby control the conductivity of the layer of variable conductivity material.
  • the method of manufacturing an active metamaterial array comprises the steps of forming a plurality of metamaterial structures to be spaced apart from each other on a substrate; Forming a layer of semiconductor or conductivity varying material to selectively connect metamaterial structures between the plurality of metamaterial structures; Forming an electrolyte material layer on the metamaterial structure and the conductivity varying material layer; And forming a gate electrode disposed at one end of the substrate to contact a region of the electrolyte material layer.
  • terahertz waves In addition, the overall control range of terahertz waves is limited, and it overcomes the existing metamaterial design technology, which is fundamentally difficult to precisely modulate the phase and frequency, and secures not only wider terahertz frequency variable width but also higher phase shift width. There is an effect that can be arbitrarily adjusted to the traveling direction of the terahertz wave. In addition to the terahertz band as well as visible light, infrared and ultraviolet bands can be extended to apply.
  • FIG. 1A and 1B schematically illustrate a conventional metamaterial array.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a metaatom array according to an embodiment of the present invention.
  • 3A is a view for explaining a method of controlling a metamaterial structure through an electrolyte material layer integrally formed with a size corresponding to the size of the entire metamaterial structure according to one embodiment of the present invention.
  • 3B is a view illustrating a frequency varying result according to a change in conductivity of a layer of a conductive variable material including a semiconductor and graphene according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • 3C is a view illustrating a phase shift result according to a change in conductivity of a layer of a conductive variable material including graphene and a semiconductor according to an embodiment of the present invention
  • 4A is a diagram for describing a method of controlling a metamaterial structure through a plurality of units of electrolyte material layers arranged in a matrix structure according to an embodiment of the present invention.
  • 4B is a diagram illustrating multiple frequencies according to modulation of an external voltage connected to the plurality of units of the electrolyte material layer of FIG. 4A.
  • 4C is a diagram illustrating a phase change in phase according to modulation of an external voltage connected to a plurality of units of an electrolyte material layer of FIG. 4A.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating that the metamaterial structure is connected to one metamaterial molecular structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an active metamaterial array according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a metaatom array according to an embodiment of the present invention.
  • the active metamaterial array of the present invention includes a substrate 200, a metamaterial structure 201, a layer of variable conductivity material 202, an electrolyte material layer 203, and a gate electrode 204.
  • the metamaterial structures 201 are spaced apart from each other, and the conductivity variable material layer 202 may be formed between the metamaterial structures 201 to selectively connect the metamaterial structures 201.
  • An electrolyte material layer 203 is formed on the metamaterial structure 201 and the variable conductivity material layer 202, and the gate electrode 204 is disposed at one end of the substrate 200 to form a region of the electrolyte material layer 203.
  • the gate electrode 204 may change the conductivity of the conductivity-variable material layer 202 by controlling the movement of ions included in the electrolyte material layer 203. .
  • the plurality of metamaterial structures 201 may be integrally connected or separated, thereby changing the resonant frequency and phase.
  • the active metamaterial array of the present invention can reduce the manufacturing cost while having a wide variable width and high resolution frequency and phase selectivity compared to the conventional metamaterial array.
  • FIG. 3A is a view for explaining a method of controlling a metamaterial structure through an electrolyte material layer integrally formed with a size corresponding to the size of the entire metamaterial structure according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3B is a view illustrating the present invention
  • FIG. 3C is a view illustrating a result of varying frequency according to a change in conductivity of a conductive material layer according to an embodiment of the present disclosure, and FIG. 3C illustrates a change in conductivity of a conductive material layer including graphene and a semiconductor according to an embodiment of the present invention
  • 4A is a diagram illustrating a phase shifting result
  • 4A is a diagram for describing a method of controlling a metamaterial structure through a plurality of units of electrolyte material layers arranged in a matrix structure according to an embodiment of the present invention.
  • 4A is a diagram illustrating multiple frequencies in response to modulation of an external voltage connected to a plurality of units of an electrolyte material layer of FIG.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a phase change in phase according to modulation of an external voltage connected to an electrolyte material layer of a unit, and FIG. 5 illustrates that a metamaterial structure is connected to one metamaterial molecular structure according to an embodiment of the present invention. The conceptual diagram shown.
  • the metamaterial structure 201 is disposed on the substrate 200 and spaced apart from each other and formed in a plurality of units.
  • the plurality of metamaterial structures 201 may be arranged in a matrix structure.
  • the meta-material structure 201 is composed of a middle portion formed in a rectangular shape and both ends formed on both sides of the middle portion, the horizontal length of the middle portion is longer than the horizontal length of each end portion, the longitudinal length of the intermediate portion is longitudinal It can be formed smaller than the length. For example, it may be formed in an H shape or an I shape.
  • the metamaterial structure 201 and the gate electrode 204 described later may be formed using the same mask.
  • the conductivity variable material layer 202 may be formed between the plurality of metamaterial structures 201 to selectively connect the metamaterial structures 201.
  • the layer of variable conductivity material 202 may be formed under the metamaterial structure 201 to connect the metamaterial structures 201.
  • the conductivity-variable material layer 202 is formed to have a length that can connect the plurality of metamaterial structures 201, and may be formed in a plurality of units in one direction. In this case, the plurality of units of the variable conductivity material 202 may be spaced apart from each other.
  • the material of the conductive variable material layer 202 may be, but is not limited to, graphene, silicon, an oxide semiconductor, a dielectric-metal transition material, and may be a material having a variable conductivity including other semiconductor materials.
  • the conductive variable material layer 202 may be conductively connected between the metamaterial structures 201, and the plurality of metamaterial structures 201 may be integrally formed through the variable conductivity of the conductive variable material layer 202. By being connected or disconnected, it is possible to change the resonant frequency of the active metamaterial array. In this case, the conductivity of the conductivity-variable material layer 202 may be varied by the movement of ions in the electrolyte material layer 203 which will be described later.
  • the plurality of metamaterial structures 201 may be controlled by one metamaterial molecular structure 300.
  • the metamaterial molecular structure 300 may be connected to a plurality of metamaterial structures 201 arranged in any one of a horizontal, vertical, and matrix manner.
  • the plurality of metamaterial structures 201 may be controlled as one metamaterial molecular structure 300.
  • the metamaterial structure 201 may be controlled as one metamaterial molecular structure 300. Accordingly, the present invention actively controls the phase of the metamaterial structure 201 with the metamaterial molecule structure 300, thereby actively adjusting the propagation direction of the terahertz wave or the focusing point of the active metamaterial flat lens. Can be enabled.
  • an electrolyte material layer 203 is formed on the metamaterial structure 201 and the conductivity varying material layer 202.
  • the electrolyte material layer 203 may be manufactured by a spin coating process or a drop coating process without a pattern, or may be used by forming a pattern through a process such as photolithography or selective photocuring.
  • the electrolyte material layer 203 may be formed in each column of the metamaterial structure 201 integrally formed in a size corresponding to the size of the entire metamaterial structure 201 or arranged in a matrix structure. It may be formed in a plurality of units to correspond to the length of each row.
  • the electrolyte material layer 203 includes a plurality of units of the first electrolyte material layer 210 and the second electrolyte material layer 220, wherein the plurality of units of the first electrolyte are present.
  • the material layer 210 and the second electrolyte material layer 220 may be formed in a bar shape and alternately disposed.
  • the plurality of units of the first electrolyte material layer 210 may be connected to the first gate electrode 211 which will be described later
  • the plurality of units of the second electrolyte material layer 220 may be connected to the second gate electrode 221 which will be described later. Can be.
  • the gate electrode 204 may be disposed at one end of the substrate 200 to contact a region of the electrolyte material layer 203.
  • the gate electrode 204 may vary the conductivity of the variable conductivity material layer 202 by controlling the movement of ions included in the electrolyte material layer 203.
  • the conductivity of the conductivity-variable material layer 202 upon voltage application can be varied through the movement of ions in the electrolyte material layer 203, thereby reducing the conductivity-variable material layer 202.
  • the metamaterial structures 201 connected through the same may form resonance with one metamaterial molecular structure 300.
  • 3B and 3C illustrate a process of changing the resonant frequency and phase of the metamaterial structure 201 according to the change in conductivity of the layer of variable conductivity material 202 according to an embodiment of the present invention.
  • the plurality of metamaterial structures 201 may be molecularly formed into one metamaterial molecular structure 300 and move at a low resonance frequency.
  • the conductivity of the variable-conducting material layer 202 decreases, the molecular material structure 300 is not molecularized, and the plurality of meta-material structures 201 are formed, and the phases are also varied together while moving at a high resonance frequency. It can be seen that.
  • the metamaterial structure 201 may be molecularized and may have a wide frequency and phase variable range.
  • the number of metamaterial structures 201 connected to the metamaterial molecular structure 300 may be determined at the design stage, and by changing the number of conductive variable material layers 202 connected between the metamaterial structures 201. The designer can adjust the desired frequency or phase shift range.
  • the gate electrode 204 is composed of a plurality of units, and each gate electrode 204 is formed at one end and the other end of the substrate 200 and a different voltage is applied to each gate electrode 204. Can be.
  • the gate electrode 204 includes a first gate electrode 211 and a second gate electrode 221 disposed at one end and the other end of the substrate 200, respectively.
  • the first gate electrode 211 may be connected to the plurality of units of the first electrolyte material layer 210
  • the second gate electrode 221 may be connected to the plurality of units of the second electrolyte material layer 220.
  • the first electrolyte material layer 210 and the second electrolyte material layer 220 may operate independently by the first gate electrode 211 and the second gate electrode 221.
  • the voltages V1 and V2 are applied to all the gate electrodes 211 and 221, or V1 or V2 is applied to one gate electrode 211 or 221. Selection of frequency and phase may be possible.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an active metamaterial array according to an embodiment of the present invention.
  • a plurality of metamaterial structures 201 are formed on the substrate 200 to be spaced apart from each other (S110).
  • the conductivity variable material layer 202 is formed to selectively connect the metamaterial structures 201 between the plurality of metamaterial structures 201 (S120).
  • an electrolyte material layer 203 is formed on the metamaterial structure 201 and the variable conductivity material layer 202 (S130).
  • the gate electrode 204 is formed to be disposed at one end of the substrate 200 to contact a region of the electrolyte material layer 203 (S140).
  • the electrolyte material layer 203 may control the movement of ions included in the electrolyte material layer 203 to vary the conductivity of the variable conductivity material layer 202.

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Abstract

An active metamaterial array of the present invention comprises: a substrate; a plurality of metamaterial structures disposed on the substrate and spaced apart from each other; a conductivity varying material layer formed between each of the plurality of the metamaterial structures so as to selectively connect the metamaterial structures; an electrolyte material layer formed on the metamaterial structures and the conductivity varying material layer; and a gate electrode disposed at one end of the substrate so as to be in contact with one region of the electrolyte material layer, wherein, when external voltage is applied to the gate electrode, the gate electrode changes the conductivity of the conductivity varying material layer by controlling the migration of ions contained in the electrolyte material layer.

Description

능동형 메타물질 어레이 및 그 제조 방법Active Metamaterial Arrays and Manufacturing Method Thereof
본 발명은 능동형 메타물질 어레이 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an active metamaterial array and a method of manufacturing the same.
능동형 메타물질 기술은 메타물질을 구성하는 메타원자의 구조와 전도도, 배열 형태 등을 통하여 가시광선(VL, visible light), 적외선(IR, Infrared Rays), 자외선(UV, ultraviolet rays) 및 테라헤르츠 파(Terahertz Wave)를 선택적으로 조정하는 기술로서 특히, 테라헤르츠 시스템 구현에 중요한 연구 분야로서 자리매김해 왔다. 이러한 테라헤르츠 파의 조정을 능동적으로 가변하기 위한 메타물질 어레이는 전기적, 광학적, 기계적, 열적 가변방식을 이용하여 구현되고 있다. 외부 자극을 통해 메타물질 배열 전체 혹은 메타원자 내 일정 부분의 전도도를 변화시켜 테라헤르츠 파를 스위칭하는 방법이 연구되고 있다. 더불어, MEMS(micro electro mechanical system)를 이용한 기계적인 변화를 통하여 메타물질의 공간적인 배치를 변화시켜 스펙트럼 특성을 조정하는 방법이 연구되고 있다. 그러나, 현재까지 보고된 능동형 메타물질은 제한된 설계 방법으로 인하여 주파수 및 위상의 가변 범위나 공진의 가변 수준에 한계를 가지고 있으며, 그에 따라 능동형 테라헤르츠 시스템을 위한 상용화에 어려움을 겪고 있다.Active metamaterial technology uses visible light (VL), infrared (IR), infrared (IR), ultraviolet (UV) rays and terahertz waves through the structure, conductivity, and arrangement of metaatoms that make up metamaterials. (Terahertz Wave) is a technology that selectively tunes, particularly as an important research area for implementing terahertz systems. Metamaterial arrays for actively varying the terahertz wave adjustment have been implemented using electrical, optical, mechanical and thermal variables. A method for switching terahertz waves by changing the conductivity of the entire metamaterial array or a portion of the metaatoms through external stimuli has been studied. In addition, a method of adjusting the spectral characteristics by changing the spatial arrangement of metamaterials through a mechanical change using a MEMS (micro electro mechanical system) has been studied. However, active metamaterials reported to date have limitations in the variable range of frequency and phase or the variable level of resonance due to a limited design method, and thus have difficulty in commercialization for active terahertz systems.
도 1a 및 도1b는 종래의 메타물질 어레이를 개략적으로 나타낸 도면이다. 이와 관련하여, 도 1a를 참조하면, 메타물질 구조체(101) 전체의 변화를 제어하는 기술은 메타물질 구조체(101)가 포함된 기판(102) 상에 전도도 변화가 가능한 물질을 전체적으로 코팅하여, 도1a에 도시된, 외부 자극(103)을 통해서 전도도를 가변하고, 이를 통해 메타물질의 공진을 스위칭하는 형태로 구현된다. 이러한 방법은 메타물질의 공진 자체를 스위칭할 수 있으며, 추가적인 패턴을 요구하지 않지만, 공진 주파수를 원하는 주파수나 위상을 갖도록 가변하는 것이 불가능하다는 단점이 있다.1A and 1B schematically illustrate a conventional metamaterial array. In this regard, referring to FIG. 1A, a technique of controlling the change of the metamaterial structure 101 as a whole may be performed by coating a material capable of changing conductivity on the substrate 102 including the metamaterial structure 101. As shown in 1a, the conductivity is changed through the external magnetic pole 103, and thus the resonance of the metamaterial is switched. This method can switch the resonance of the metamaterial itself and does not require an additional pattern, but has the disadvantage that it is impossible to vary the resonance frequency to have a desired frequency or phase.
또한, 도1b를 참조하면, 메타물질 구조체(101)에 반도체 층(105)을 부가하여 메타물질 구조체(101) 전체의 변화를 제어하는 기술은 외부 자극을 통한 공진주파수의 가변이 가능 하지만, 가변 범위가 메타물질 구조체의 구조 내에 한정되어 있기 때문에 가변 범위가 한정적이다. 또한, 개별 메타물질 구조체의 가변을 위한 전기적 배선에 어려움이 있고, 이에 따라 가변 방법에도 한계가 있다.In addition, referring to FIG. 1B, the technique of controlling the change of the entire metamaterial structure 101 by adding the semiconductor layer 105 to the metamaterial structure 101 may vary the resonance frequency through an external stimulus. The variable range is limited because the range is defined within the structure of the metamaterial structure. In addition, there is a difficulty in the electrical wiring for the variable of the individual metamaterial structure, and thus there is a limit in the variable method.
이와 관련하여, 선행기술인 한국공개특허 제 2016-0013423호(발명의 명칭: 주파수 변조가 가능한 고효율 테라헤르츠 트랜스시버)는 테라헤르츠파의 생성 출력과 측정 감도를 높이고 주파수를 변조할 수 있는 주파수 변조가 가능한 고효율 테라헤르츠 트랜스시버에 대해 개시하고 있다. In this regard, the prior art Korea Patent Publication No. 2016-0013423 (name of the invention: high-efficiency terahertz transceiver capable of frequency modulation) is capable of frequency modulation capable of modulating the frequency to increase the generation output and measurement sensitivity of the terahertz wave A high efficiency terahertz transceiver is disclosed.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 메타물질 구조체 사이를 연결하는 전도도 가변이 가능한 물질 층의 전도도를 변화시켜 복수의 메타물질 구조체를 일체로 연결되거나 분리되게 하는 메타물질 어레이를 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention to solve the above problems, to provide a meta-material array for changing the conductivity of the material layer that can vary the conductivity connecting between the meta-material structure to connect or separate a plurality of meta-material structure integrally. There is this.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 더 존재할 수 있다.However, the technical problem to be achieved by the present embodiment is not limited to the technical problems as described above, and further technical problems may exist.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 메타물질 어레이는 기판; 기판 상에 서로 이격하여 배치된 복수의 메타물질 구조체; 복수의 메타물질 구조체 사이에 형성되어 메타물질 구조체들을 선택적으로 연결하는 전도도 가변 물질 층; 전도도 가변 물질의 전도도 제어에 필요한전해질 물질층; 및 기판의 일단에 배치되어 전해질과 접촉하는 게이트 전극을 포함하되, 게이트 전극은, 게이트 전극에 외부 전압이 인가될 경우, 전해질 물질층에 포함된 이온의 이동을 제어하여 전도도 가변 물질 층의 전도도를 가변시킨다.As a technical means for achieving the above technical problem, an active metamaterial array according to an embodiment of the present invention is a substrate; A plurality of metamaterial structures disposed on the substrate and spaced apart from each other; A conductivity varying material layer formed between the plurality of metamaterial structures to selectively connect the metamaterial structures; An electrolyte material layer required for conductivity control of the conductivity varying material; And a gate electrode disposed at one end of the substrate and in contact with the electrolyte, wherein the gate electrode controls the movement of ions included in the electrolyte material layer when an external voltage is applied to the gate electrode to thereby control the conductivity of the layer of variable conductivity material. Variable.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 메타물질 어레이의 제조 방법은 기판 상에 서로 이격하여 배치되도록 복수의 메타물질 구조체를 형성하는 단계; 복수의 메타물질 구조체 사이에서 메타물질 구조체들을 선택적으로 연결하도록 반도체 혹은 전도도 가변 물질층을 형성하는 단계; 메타물질 구조체와 전도도 가변 물질층 상에 전해질 물질층을 형성하는 단계; 및 기판의 일단에 배치되어 전해질 물질층의 일 영역과 접촉하도록 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함한다. In addition, the method of manufacturing an active metamaterial array according to an embodiment of the present invention comprises the steps of forming a plurality of metamaterial structures to be spaced apart from each other on a substrate; Forming a layer of semiconductor or conductivity varying material to selectively connect metamaterial structures between the plurality of metamaterial structures; Forming an electrolyte material layer on the metamaterial structure and the conductivity varying material layer; And forming a gate electrode disposed at one end of the substrate to contact a region of the electrolyte material layer.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 종래의 메타물질 어레이에 비해 넓은 가변폭과 높은 해상도의 주파수 및 위상의 선택성을 가지는 메타물질 어레이를 제공하면서 동시에 공정을 단축하고, 비용을 감소시킬 수 있다. According to the above-described problem solving means of the present invention, it is possible to provide a metamaterial array having a wide variable width and a high resolution frequency and phase selectivity compared to the conventional metamaterial array, and at the same time shorten the process and reduce the cost .
또한, 테라헤르츠 파의 전체 제어범위가 제한적이며, 위상과 주파수의 정밀한 변조가 근본적으로 어려운 기존의 메타물질 설계 기술을 극복하며, 보다 넓은 테라헤르츠 주파수 가변폭 확보뿐만 아니라 보다 높은 위상 변화폭 확보를 통해 테라헤르츠 파의 진행방향까지 임의로 조정할 수 있는 효과가 있다. 더불어, 테라헤르츠 대역뿐만 아니라 가시광선, 적외선 및 자외선 대역까지 확장하여 적용이 가능하다.In addition, the overall control range of terahertz waves is limited, and it overcomes the existing metamaterial design technology, which is fundamentally difficult to precisely modulate the phase and frequency, and secures not only wider terahertz frequency variable width but also higher phase shift width. There is an effect that can be arbitrarily adjusted to the traveling direction of the terahertz wave. In addition to the terahertz band as well as visible light, infrared and ultraviolet bands can be extended to apply.
도 1a 및 도1b는 종래의 메타물질 어레이를 개략적으로 나타낸 도면이다.1A and 1B schematically illustrate a conventional metamaterial array.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 메타원자 어레이의 구성을 설명하기 위한 단면도이다.2 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a metaatom array according to an embodiment of the present invention.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전체의 메타물질 구조체의 크기에 대응하는 크기로 일체로 형성된 전해질 물질층을 통하여 메타물질 구조체를 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.3A is a view for explaining a method of controlling a metamaterial structure through an electrolyte material layer integrally formed with a size corresponding to the size of the entire metamaterial structure according to one embodiment of the present invention.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체와 그래핀을 포함하는 전도도 가변 물질 층의 전도도 변화에 따른 주파수 가변 결과를 나타낸 도면이다.3B is a view illustrating a frequency varying result according to a change in conductivity of a layer of a conductive variable material including a semiconductor and graphene according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체와 그래핀을 포함하는 전도도 가변 물질 층의 전도도 변화에 따른 위상 가변 결과를 나타낸 도면이다3C is a view illustrating a phase shift result according to a change in conductivity of a layer of a conductive variable material including graphene and a semiconductor according to an embodiment of the present invention;
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 행렬 구조로 배열된 복수 단위의전해질 물질층을 통하여 메타물질 구조체를 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.4A is a diagram for describing a method of controlling a metamaterial structure through a plurality of units of electrolyte material layers arranged in a matrix structure according to an embodiment of the present invention.
도 4b는 도 4a의 복수 단위의전해질 물질층에 연결된 외부 전압의 변조에 따라 다중 주파수가 나타난 것을 도시한 도면이다.4B is a diagram illustrating multiple frequencies according to modulation of an external voltage connected to the plurality of units of the electrolyte material layer of FIG. 4A.
도 4c는 도 4a의 복수 단위의 전해질 물질층에 연결된 외부 전압의 변조에 따라 위상 변화가 단계적으로 변화하는 것을 도시한 도면이다4C is a diagram illustrating a phase change in phase according to modulation of an external voltage connected to a plurality of units of an electrolyte material layer of FIG. 4A.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 메타물질 구조체가 하나의 메타물질분자 구조체로 연결된 것을 도시한 개념도이다.5 is a conceptual diagram illustrating that the metamaterial structure is connected to one metamaterial molecular structure according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 메타물질 어레이의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.6 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an active metamaterial array according to an embodiment of the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Throughout the specification, when a part is "connected" to another part, this includes not only "directly connected" but also "electrically connected" with another element in between. . In addition, when a part is said to "include" a certain component, which means that it may further include other components, except to exclude other components, unless specifically stated otherwise, one or more other features It is to be understood that the present disclosure does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 메타원자 어레이의 구성을 설명하기 위한 단면도이다.2 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a metaatom array according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 능동형 메타물질 어레이는 기판(200), 메타물질 구조체(201), 전도도 가변 물질 층(202), 전해질 물질 층(203) 및 게이트 전극(204)을 포함한다. 여기서, 메타물질 구조체(201)는 서로 이격하여 배치되며, 전도도 가변 물질 층(202)은 메타물질 구조체(201) 사이에 형성되어 메타물질 구조체(201)들을 선택적으로 연결할 수 있다. 전해질 물질 층(203)은 메타물질 구조체(201)와 전도도 가변 물질 층(202) 상에 형성되고, 게이트 전극(204)은 기판(200)의 일단에 배치되어전해질 물질 층(203)의 일 영역과 접촉할 수 있다. 이때, 게이트 전극(204)은 게이트 전극(204)에 외부 전압이 인가될 경우, 전해질 물질 층(203)에 포함된 이온의 이동을 제어하여 전도도 가변 물질 층(202)의 전도도를 가변시킬 수 있다. 이러한 전도도 가변 물질 층(202)의 전도도 변화에 따라 복수의 메타물질 구조체(201)는 일체로 연결되거나 분리됨으로써 공진 주파수 및 위상이 변화될 수 있다. 이러한 본 발명의 능동형 메타물질 어레이는 종래의 메타물질 어레이에 비해 넓은 가변폭과 높은 해상도의 주파수 및 위상 선택성을 가지면서 제조 비용을 감소시킬 수 있다. Referring to FIG. 2, the active metamaterial array of the present invention includes a substrate 200, a metamaterial structure 201, a layer of variable conductivity material 202, an electrolyte material layer 203, and a gate electrode 204. Here, the metamaterial structures 201 are spaced apart from each other, and the conductivity variable material layer 202 may be formed between the metamaterial structures 201 to selectively connect the metamaterial structures 201. An electrolyte material layer 203 is formed on the metamaterial structure 201 and the variable conductivity material layer 202, and the gate electrode 204 is disposed at one end of the substrate 200 to form a region of the electrolyte material layer 203. Contact with In this case, when an external voltage is applied to the gate electrode 204, the gate electrode 204 may change the conductivity of the conductivity-variable material layer 202 by controlling the movement of ions included in the electrolyte material layer 203. . According to the conductivity change of the conductivity-variable material layer 202, the plurality of metamaterial structures 201 may be integrally connected or separated, thereby changing the resonant frequency and phase. The active metamaterial array of the present invention can reduce the manufacturing cost while having a wide variable width and high resolution frequency and phase selectivity compared to the conventional metamaterial array.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전체의 메타물질 구조체의 크기에 대응하는 크기로 일체로 형성된 전해질 물질층을 통하여 메타물질 구조체를 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전도도 가변 물질 층의 전도도 변화에 따른 주파수 가변 결과를 나타낸 도면이고, 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체와 그래핀을 포함하는 전도도 가변 물질 층의 전도도 변화에 따른 위상 가변 결과를 나타낸 도면이고, 도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 행렬 구조로 배열된 복수 단위의전해질 물질층을 통하여 메타물질 구조체를 제어하는 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 4b는 도 4a의 복수 단위의 전해질 물질층에 연결된 외부 전압의 변조에 따라 다중 주파수가 나타난 것을 도시한 도면이고, 도 4c는 도 4a의 복수 단위의 전해질 물질층에 연결된 외부 전압의 변조에 따라 위상 변화가 단계적으로 변화하는 것을 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 메타물질 구조체가 하나의 메타물질분자 구조체로 연결된 것을 도시한 개념도이다.3A is a view for explaining a method of controlling a metamaterial structure through an electrolyte material layer integrally formed with a size corresponding to the size of the entire metamaterial structure according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a view illustrating the present invention. FIG. 3C is a view illustrating a result of varying frequency according to a change in conductivity of a conductive material layer according to an embodiment of the present disclosure, and FIG. 3C illustrates a change in conductivity of a conductive material layer including graphene and a semiconductor according to an embodiment of the present invention; 4A is a diagram illustrating a phase shifting result, and FIG. 4A is a diagram for describing a method of controlling a metamaterial structure through a plurality of units of electrolyte material layers arranged in a matrix structure according to an embodiment of the present invention. 4A is a diagram illustrating multiple frequencies in response to modulation of an external voltage connected to a plurality of units of an electrolyte material layer of FIG. FIG. 5 is a diagram illustrating a phase change in phase according to modulation of an external voltage connected to an electrolyte material layer of a unit, and FIG. 5 illustrates that a metamaterial structure is connected to one metamaterial molecular structure according to an embodiment of the present invention. The conceptual diagram shown.
도 2 및 도 3a를 참조하면, 메타물질 구조체(201)는 기판(200) 상에 서로 이격하여 배치되고 복수 단위로 형성된다. 이러한 복수 단위의 메타물질 구조체(201)는 행렬 구조로 배열될 수 있다.2 and 3A, the metamaterial structure 201 is disposed on the substrate 200 and spaced apart from each other and formed in a plurality of units. The plurality of metamaterial structures 201 may be arranged in a matrix structure.
메타물질 구조체(201)는 사각형 형상으로 형성된 중간부와 중간부의 양측에 형성되는 양단부로 구성되되, 중간부의 가로의 길이는 각 양단부의 가로의 길이 보다 길고, 중간부의 세로의 길이는 양단부의 세로의 길이 보다 작게 형성될 수 있다. 예를 들면, H형상 또는 I 형상으로 형성될 수 있다. 메타물질 구조체(201)와 후술하는 게이트 전극(204)은 동일한 마스크를 이용하여 형성될 수 있다.The meta-material structure 201 is composed of a middle portion formed in a rectangular shape and both ends formed on both sides of the middle portion, the horizontal length of the middle portion is longer than the horizontal length of each end portion, the longitudinal length of the intermediate portion is longitudinal It can be formed smaller than the length. For example, it may be formed in an H shape or an I shape. The metamaterial structure 201 and the gate electrode 204 described later may be formed using the same mask.
전도도 가변 물질 층(202)은 복수의 메타물질 구조체(201) 사이에 형성되어 메타물질 구조체(201)들을 선택적으로 연결할 수 있다. 추가 실시 예로, 전도도 가변 물질 층(202)은 메타물질 구조체(201)의 아래에 형성되어 메타물질 구조체(201)들을 연결할 수 있다.The conductivity variable material layer 202 may be formed between the plurality of metamaterial structures 201 to selectively connect the metamaterial structures 201. As a further embodiment, the layer of variable conductivity material 202 may be formed under the metamaterial structure 201 to connect the metamaterial structures 201.
전도도 가변 물질 층(202)은 복수의 메타물질 구조체(201)들을 연결할 수 있는 길이로 형성되되, 일 방향에 대하여 복수 단위로 형성될 수 있다. 이때, 복수 단위의 전도도 가변 물질 층(202)은 서로 이격하여 배치될 수 있다.The conductivity-variable material layer 202 is formed to have a length that can connect the plurality of metamaterial structures 201, and may be formed in a plurality of units in one direction. In this case, the plurality of units of the variable conductivity material 202 may be spaced apart from each other.
전도도 가변 물질 층(202)의 물질은 그래핀, 실리콘, 산화물 반도체, 유전체-금속 전이 물질일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 기타 반도체 물질들을 포함하는 전도도의 가변이 가능한 물질일 수 있다.The material of the conductive variable material layer 202 may be, but is not limited to, graphene, silicon, an oxide semiconductor, a dielectric-metal transition material, and may be a material having a variable conductivity including other semiconductor materials.
구체적으로, 전도도 가변 물질 층(202)은 메타물질 구조체(201) 간 전도적으로 연결을 할 수 있으며, 전도도 가변 물질 층(202)의 전도도 가변을 통하여 복수의 메타물질 구조체(201)는 일체로 연결되거나 분리됨으로써, 능동형 메타물질 어레이의 공진 주파수를 변화시킬 수 있다. 이때, 전도도 가변 물질 층(202)의 전도도는 후술하는 전해질 물질층(203)의 이온의 이동에 의하여 가변될 수 있다.In detail, the conductive variable material layer 202 may be conductively connected between the metamaterial structures 201, and the plurality of metamaterial structures 201 may be integrally formed through the variable conductivity of the conductive variable material layer 202. By being connected or disconnected, it is possible to change the resonant frequency of the active metamaterial array. In this case, the conductivity of the conductivity-variable material layer 202 may be varied by the movement of ions in the electrolyte material layer 203 which will be described later.
도5를 참조하면, 전도도 가변 물질 층(202)의 전도도가 미리 설정된 기준 이상을 넘는 경우, 복수의 메타물질 구조체(201)는 하나의 메타물질분자 구조체(300)로 제어될 수 있다.Referring to FIG. 5, when the conductivity of the variable conductivity material layer 202 exceeds a preset reference, the plurality of metamaterial structures 201 may be controlled by one metamaterial molecular structure 300.
메타물질분자 구조체(300)는 복수의 메타물질 구조체(201)가 가로, 세로 및 행렬 중 어느 하나의 방법으로 배치되어 연결될 수 있다.The metamaterial molecular structure 300 may be connected to a plurality of metamaterial structures 201 arranged in any one of a horizontal, vertical, and matrix manner.
예시적으로, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 가로 또는 세로로 일렬로 배열된 메타물질 구조체(201)의 사이에 형성된 전도도 가변 물질 층(202)의 전도도가 미리 설정된 기준 이상을 넘는 경우, 복수개의 메타물질 구조체(201)는 하나의 메타물질분자 구조체(300)로서 제어될 수 있다. 또한, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 행렬구조로 배열된 메타물질 구조체(201)의 사이에 형성된 전도도 가변 물질 층(202)의 전도도가 미리 설정된 기준 이상을 넘는 경우에도, 복수개의 메타물질 구조체(201)는 하나의 메타물질분자 구조체(300)로서 제어될 수 있다. 따라서, 본 발명은 메타물질 구조체(201)를 이러한 메타물질분자 구조체(300)로 능동적으로 위상을 제어함에 따라, 테라헤르츠 파의 전파 방향을 능동적으로 조정하거나 집속 지점을 조정하는 능동형 메타물질 평면 렌즈를 가능하게 할 수 있다. For example, as illustrated in FIG. 5A, the conductivity of the conductivity-variable material layer 202 formed between the metamaterial structures 201 arranged horizontally or vertically exceeds the predetermined reference. In this case, the plurality of metamaterial structures 201 may be controlled as one metamaterial molecular structure 300. In addition, as shown in FIG. 5 (b), even when the conductivity of the conductivity-variable material layer 202 formed between the metamaterial structures 201 arranged in a matrix structure exceeds a predetermined reference or more, The metamaterial structure 201 may be controlled as one metamaterial molecular structure 300. Accordingly, the present invention actively controls the phase of the metamaterial structure 201 with the metamaterial molecule structure 300, thereby actively adjusting the propagation direction of the terahertz wave or the focusing point of the active metamaterial flat lens. Can be enabled.
다시 도 2를 참조하면, 전해질 물질층(203)은 메타물질 구조체(201)와 전도도 가변 물질 층(202) 상에 형성된다.Referring again to FIG. 2, an electrolyte material layer 203 is formed on the metamaterial structure 201 and the conductivity varying material layer 202.
전해질 물질층(203)은 패턴 없이 스핀코팅 공정 혹은 드랍코팅 공정으로 제작하여 사용되거나, 포토리소그래피 혹은 선택적 광경화 등의 공정을 통하여 패턴을 형성하여 사용될 수 있다. The electrolyte material layer 203 may be manufactured by a spin coating process or a drop coating process without a pattern, or may be used by forming a pattern through a process such as photolithography or selective photocuring.
도 3a 및 도 4a를 참조하면, 전해질 물질층(203)은 전체의 메타물질 구조체(201)의 크기에 대응하는 크기로 일체로 형성되거나 행렬 구조로 배열된 메타물질 구조체(201)의 각 열이나 각 행들의 길이에 대응하도록 복수 단위로 형성될 수 있다.Referring to FIGS. 3A and 4A, the electrolyte material layer 203 may be formed in each column of the metamaterial structure 201 integrally formed in a size corresponding to the size of the entire metamaterial structure 201 or arranged in a matrix structure. It may be formed in a plurality of units to correspond to the length of each row.
예시적으로, 4a에 도시된 바와 같이, 전해질 물질층(203)은 복수 단위의 제 1 전해질 물질층(210) 및 제 2 전해질 물질층(220)을 포함하며, 여기서, 복수 단위의 제 1 전해질 물질층(210) 및 제 2 전해질 물질층(220)은 바(bar) 형상으로 형성되되, 교번하여 배치될 수 있다. 이때, 복수 단위의 제 1 전해질 물질층(210)은 후술하는 제 1 게이트 전극(211)과 연결되고, 복수 단위의 제 2 전해질 물질층(220)은 후술하는 제 2 게이트 전극(221)과 연결될 수 있다. For example, as illustrated in 4a, the electrolyte material layer 203 includes a plurality of units of the first electrolyte material layer 210 and the second electrolyte material layer 220, wherein the plurality of units of the first electrolyte are present. The material layer 210 and the second electrolyte material layer 220 may be formed in a bar shape and alternately disposed. In this case, the plurality of units of the first electrolyte material layer 210 may be connected to the first gate electrode 211 which will be described later, and the plurality of units of the second electrolyte material layer 220 may be connected to the second gate electrode 221 which will be described later. Can be.
게이트 전극(204)은 기판(200)의 일단에 배치되어 전해질 물질층(203)의 일 영역과 접촉할 수 있다. 이러한 게이트 전극(204)은 게이트 전극(204)에 외부 전압이 인가될 경우, 전해질 물질층(203)에 포함된 이온의 이동을 제어하여 전도도 가변 물질 층(202)의 전도도를 가변시킬 수 있다. The gate electrode 204 may be disposed at one end of the substrate 200 to contact a region of the electrolyte material layer 203. When an external voltage is applied to the gate electrode 204, the gate electrode 204 may vary the conductivity of the variable conductivity material layer 202 by controlling the movement of ions included in the electrolyte material layer 203.
예시적으로, 도 3a를 참조하면, 전압 인가시 전도도 가변 물질 층(202)의 전도도는 전해질 물질층(203) 내의 이온의 이동을 통하여 가변될 수 있으며, 이에 따라 전도도 가변 물질 층(202)을 통하여 연결된 메타물질 구조체(201)는 하나의 메타물질분자 구조체(300)로 공진을 형성할 수 있다. For example, referring to FIG. 3A, the conductivity of the conductivity-variable material layer 202 upon voltage application can be varied through the movement of ions in the electrolyte material layer 203, thereby reducing the conductivity-variable material layer 202. The metamaterial structures 201 connected through the same may form resonance with one metamaterial molecular structure 300.
도 3b와 도3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 전도도 가변 물질 층(202)의 전도도 변화에 따른 메타물질 구조체(201)의 공진 주파수 및 위상 변화 과정을 나타낸다. 전도도 가변 물질 층(202)의 전도도가 증가함에 따라 복수의 메타물질 구조체(201)가 분자화되어 하나의 메타물질분자 구조체(300)가 되며, 낮은 공진 주파수로 이동하는 것을 알 수 있다. 반면, 전도도 가변 물질 층(202)의 전도도가 감소함에 따라 메타물질분자 구조체(300)로 분자화되지 못하고, 복수의 메타물질 구조체(201)가 되며, 높은 공진 주파수로 이동하면서 위상도 함께 가변되는 것을 알 수 있다. 3B and 3C illustrate a process of changing the resonant frequency and phase of the metamaterial structure 201 according to the change in conductivity of the layer of variable conductivity material 202 according to an embodiment of the present invention. As the conductivity of the conductivity-variable material layer 202 increases, the plurality of metamaterial structures 201 may be molecularly formed into one metamaterial molecular structure 300 and move at a low resonance frequency. On the other hand, as the conductivity of the variable-conducting material layer 202 decreases, the molecular material structure 300 is not molecularized, and the plurality of meta-material structures 201 are formed, and the phases are also varied together while moving at a high resonance frequency. It can be seen that.
즉, 전도도 가변 물질 층(202)의 전도도를 제어함으로써, 메타물질 구조체(201)를 분자화 시킬 수 있으며, 넓은 주파수 및 위상 가변 범위를 가질 수 있다. 또한, 메타물질분자 구조체(300)로 연결되는 메타물질 구조체(201)의 개수는 설계 단계에서 결정할 수 있으며, 메타물질 구조체(201) 사이에 연결되는 전도도 가변 물질 층(202)의 개수를 변경함으로써, 설계자가 원하는 주파수 혹은 위상 가변 범위를 조정할 수 있다. That is, by controlling the conductivity of the conductivity-variable material layer 202, the metamaterial structure 201 may be molecularized and may have a wide frequency and phase variable range. In addition, the number of metamaterial structures 201 connected to the metamaterial molecular structure 300 may be determined at the design stage, and by changing the number of conductive variable material layers 202 connected between the metamaterial structures 201. The designer can adjust the desired frequency or phase shift range.
도 4a 를 참조하면, 게이트 전극(204)은 복수 단위로 구성되되, 각각의 게이트 전극(204)은 기판(200)의 일단과 타단에 형성되며, 각 게이트 전극(204)에 상이한 전압이 인가될 수 있다.Referring to FIG. 4A, the gate electrode 204 is composed of a plurality of units, and each gate electrode 204 is formed at one end and the other end of the substrate 200 and a different voltage is applied to each gate electrode 204. Can be.
예시적으로, 도 4a내지 도 4c를 참조하면, 게이트 전극(204)은 기판(200)의 일단과 타단에 각각 배치되는 제 1 게이트 전극(211) 및 제 2 게이트 전극(221)을 포함한다. 제 1 게이트 전극(211)은 복수 단위의 제 1 전해질 물질층(210)와 연결하되, 제 2 게이트 전극(221)은 복수 단위의 제 2 전해질 물질층(220)와 연결될 수 있다. 이때, 제 1 전해질 물질층(210) 및 제 2 전해질 물질층(220)은 제 1 게이트 전극(211) 및 제 2 게이트 전극(221)에 의하여 독립적으로 동작할 수 있다. For example, referring to FIGS. 4A to 4C, the gate electrode 204 includes a first gate electrode 211 and a second gate electrode 221 disposed at one end and the other end of the substrate 200, respectively. The first gate electrode 211 may be connected to the plurality of units of the first electrolyte material layer 210, and the second gate electrode 221 may be connected to the plurality of units of the second electrolyte material layer 220. In this case, the first electrolyte material layer 210 and the second electrolyte material layer 220 may operate independently by the first gate electrode 211 and the second gate electrode 221.
서로 다른 전압(V1, V2)을 제 1 게이트 전극(211) 및 제 2 게이트 전극(221)에 독립적으로 인가함에 따라 다양한 주파수와 위상의 가변을 가능하게 할 수 있다. 도 4b 및 도4c에 도시된 바와 같이, 예시적으로, V1 및 V2전압을 모든 게이트 전극(211 및 221)에 인가하거나 V1 또는 V2 전압을 하나의 게이트 전극(211 또는 221)에 인가함에 따라 다중 주파수 및 위상의 선택이 가능할 수 있다. By applying different voltages V1 and V2 to the first gate electrode 211 and the second gate electrode 221 independently, various frequencies and phases may be varied. As shown in FIGS. 4B and 4C, for example, the voltages V1 and V2 are applied to all the gate electrodes 211 and 221, or V1 or V2 is applied to one gate electrode 211 or 221. Selection of frequency and phase may be possible.
이하에서는 능동형 메타물질 어레이의 제조 방법을 설명하고자 한다.Hereinafter, a method of manufacturing an active metamaterial array will be described.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 메타물질 어레이의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.6 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an active metamaterial array according to an embodiment of the present invention.
상술한 도 1 내지 도5에 도시된 구성 중 동일한 기능을 수행하는 구성의 경우 설명을 생략하기로 한다.In the case of the configuration performing the same function among the configuration shown in Figures 1 to 5 described above will be omitted.
도 2 및 도 6을 참조하면, 우선, 기판(200) 상에 서로 이격하여 배치되도록 복수의 메타물질 구조체(201)를 형성한다(S110). 2 and 6, first, a plurality of metamaterial structures 201 are formed on the substrate 200 to be spaced apart from each other (S110).
이어서, 복수의 메타물질 구조체(201) 사이에 메타물질 구조체(201)들을 선택적으로 연결하도록 전도도 가변 물질 층(202)을 형성한다(S120). Subsequently, the conductivity variable material layer 202 is formed to selectively connect the metamaterial structures 201 between the plurality of metamaterial structures 201 (S120).
다음으로, 메타물질 구조체(201)와 전도도 가변 물질 층(202) 상에 전해질 물질층(203)을 형성한다(S130). Next, an electrolyte material layer 203 is formed on the metamaterial structure 201 and the variable conductivity material layer 202 (S130).
마지막으로, 기판(200)의 일단에 배치되어 전해질 물질층(203)의 일 영역과 접촉하도록 게이트 전극(204)을 형성한다(S140). 이러한 전해질 물질층(203)은 게이트 전극(204)에 외부 전압이 인가될 경우, 전해질 물질층(203) 포함된 이온의 이동을 제어하여 전도도 가변 물질 층(202)의 전도도를 가변시킬 수 있다.Finally, the gate electrode 204 is formed to be disposed at one end of the substrate 200 to contact a region of the electrolyte material layer 203 (S140). When the external voltage is applied to the gate electrode 204, the electrolyte material layer 203 may control the movement of ions included in the electrolyte material layer 203 to vary the conductivity of the variable conductivity material layer 202.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The foregoing description of the present invention is intended for illustration, and it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be easily modified in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the above description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention. do.

Claims (13)

  1. 능동형 메타물질 어레이에 있어서,In an active metamaterial array,
    기판; Board;
    상기 기판 상에 서로 이격하여 배치된 복수의 메타물질 구조체; A plurality of metamaterial structures spaced apart from each other on the substrate;
    상기 복수의 메타물질 구조체 사이에 형성되어 상기 메타물질 구조체들을 선택적으로 연결하는 전도도 가변 물질 층;A variable conductivity material layer formed between the plurality of metamaterial structures to selectively connect the metamaterial structures;
    상기 메타물질 구조체와 상기 전도도 가변 물질 층 상에 형성되는 전해질 물질층; 및An electrolyte material layer formed on the metamaterial structure and the conductivity varying material layer; And
    상기 기판의 일단에 배치되어 상기 전해질 물질층의 일 영역과 접촉하는 게이트 전극을 포함하되,A gate electrode disposed at one end of the substrate and in contact with one region of the electrolyte material layer,
    상기 게이트 전극은, The gate electrode,
    상기 게이트 전극에 외부 전압이 인가될 경우, 상기 전해질 물질층에 포함된 이온의 이동을 제어하여 상기 전도도 가변 물질 층의 전도도를 가변시키는 것인 능동형 메타물질 어레이.And an external voltage applied to the gate electrode to control movement of ions included in the electrolyte material layer to vary conductivity of the variable conductivity material layer.
  2. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 전도도 가변 물질 층의 전도도 변화에 따라 상기 복수의 메타물질 구조체는 일체로 연결되거나 분리됨으로써, 공진 주파수와 위상이 변화되는 것인 능동형 메타물질 어레이.And the plurality of metamaterial structures are integrally connected or separated in response to a change in conductivity of the layer of varying conductivity material, thereby changing a resonant frequency and phase.
  3. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2,
    상기 전도도가 미리 설정된 기준 이상을 넘는 경우,If the conductivity exceeds a predetermined reference,
    상기 복수의 메타물질 구조체는 하나의 메타물질분자 구조체로 제어되는 것인 능동형 메타물질 어레이.And said plurality of metamaterial structures is controlled by one metamaterial molecule structure.
  4. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein
    상기 메타물질분자 구조체는 상기 복수의 메타물질 구조체가 가로, 세로 및 행렬 중 어느 하나의 방법으로 배치되어 연결되는 것인 능동형 메타물질 어레이. The metamaterial molecule structure is a plurality of metamaterial structures are active metamaterial array that is arranged and connected by any one method of the horizontal, vertical and matrix.
  5. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 전해질 물질층은 전해질 액체, 젤, 혹은 고체화된 전해질을 포함하는 능동형 메타물질 어레이.And the electrolyte material layer comprises an electrolyte liquid, a gel, or a solidified electrolyte.
  6. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 게이트 전극은 복수 단위로 구성되되, 각각의 게이트 전극은 상기 기판의 일단과 타단에 형성되며, The gate electrode is composed of a plurality of units, each gate electrode is formed on one end and the other end of the substrate,
    상기 각 게이트 전극에 상이한 전압이 인가되는 것인 능동형 메타물질 어레이.And a different voltage is applied to each of the gate electrodes.
  7. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6,
    상기 전해질 물질층은 복수 의 단위로 구성된 제 1 전해질 물질층 및 제 2 전해질 물질층을 포함하고,The electrolyte material layer includes a first electrolyte material layer and a second electrolyte material layer composed of a plurality of units,
    상기 게이트 전극은 상기 기판의 일단과 타단에 각각 배치되는 제 1 게이트 전극 및 제 2 게이트 전극을 포함하되,The gate electrode includes a first gate electrode and a second gate electrode disposed at one end and the other end of the substrate, respectively
    상기 제 1 전해질 물질층은 상기 제 1 게이트 전극과 연결되고, 상기 제 2 전해질 물질층은 상기 제 2 게이트 전극과 연결되는 것인 능동형 메타물질 어레이.And wherein the first electrolyte material layer is connected with the first gate electrode and the second electrolyte material layer is connected with the second gate electrode.
  8. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein
    상기 제 1 및 제 2 전해질 물질층은 복수 단위의 바(bar) 형상으로 형성되되, 교번하여 배치되는 것인 능동형 메타물질 어레이.And the first and second electrolyte material layers are formed in a bar shape of a plurality of units and are alternately arranged.
  9. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 전도도 가변 물질 층은 상기 메타물질 구조체의 아래에 형성되어 상기 메타물질 구조체들을 선택적으로 연결하는 것인 능동형 메타물질 어레이. And wherein said layer of conductivity varying material is formed below said metamaterial structure to selectively connect said metamaterial structures.
  10. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 메타물질 구조체는 사각형으로 형성된 중간부와 상기 중간부의 양측에 형성되는 양단부로 구성되되, The metamaterial structure is composed of both ends formed on both sides of the middle portion and the intermediate portion formed in a square,
    상기 중간부의 가로의 길이는 상기 양단부의 가로의 길이 보다 길고, 상기 중간부의 세로의 길이는 상기 양단부의 세로의 길이 보다 작게 형성되는 것인 능동형 메타물질 어레이. And the horizontal length of the middle portion is longer than the horizontal length of both ends, and the vertical length of the middle portion is smaller than the vertical length of the both ends.
  11. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 전도도 가변 물질 층은 상기 복수의 메타물질 구조체들을 연결할 수 있는 길이로 형성되되, 일 방향에 대하여 복수 단위로 형성되고, The conductivity-variable material layer is formed to a length that can connect the plurality of metamaterial structures, is formed in a plurality of units in one direction,
    상기 복수 단위의 전도도 가변 물질 층은 서로 이격하여 배치되는 것인 능동형 메타물질 어레이.And the plurality of units of variable conductivity material are spaced apart from each other.
  12. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 전해질 물질층은 상기 전체의 메타물질 구조체의 크기에 대응하는 크기로 일체로 형성되거나 행렬 구조로 배열된 상기 메타물질 구조체의 각 열이나 각 행들의 길이에 대응하도록 복수 단위로 형성되는 것인 능동형 메타물질 어레이.The electrolyte material layer is formed in a plurality of units so as to correspond to the length of each column or each row of the metamaterial structure formed integrally or in a matrix structure corresponding to the size of the entire metamaterial structure. Metamaterial Array.
  13. 능동형 메타물질 어레이의 제조 방법에 있어서,In the method of manufacturing an active metamaterial array,
    기판 상에 서로 이격하여 배치되도록 복수의 메타물질 구조체를 형성하는 단계;Forming a plurality of metamaterial structures to be spaced apart from each other on the substrate;
    상기 복수의 메타물질 구조체 사이에 상기 메타물질 구조체들을 선택적으로 연결하도록 전도도 가변 물질 층을 형성하는 단계;Forming a layer of conductivity varying material to selectively connect the metamaterial structures between the plurality of metamaterial structures;
    상기 메타물질 구조체와 상기 전도도 가변 물질 층 상에 전해질 물질층을 형성하는 단계; 및Forming an electrolyte material layer on the metamaterial structure and the conductivity varying material layer; And
    상기 기판의 일단에 상기 전해질 물질층의 일 영역과 접촉하도록 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하되,Forming a gate electrode at one end of the substrate to contact a region of the electrolyte material layer,
    상기 전해질 물질층은 게이트 전극에 외부 전압이 인가될 경우, 상기 전해질 물질층 포함된 이온의 이동을 제어하여 상기 전도도 가변 물질 층의 전도도를 가변시키는 것인 능동형 메타물질 어레이의 제조 방법.The electrolyte material layer is a method of manufacturing an active metamaterial array to vary the conductivity of the variable conductivity material layer by controlling the movement of ions contained in the electrolyte material layer, when an external voltage is applied to the gate electrode.
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