CN103259097A - 一种太赫兹超材料单元结构及其制备与调控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太赫兹超材料单元结构及其制备与调控方法，其涉及超材料及太赫兹探测技术领域，该太赫兹超材料单元结构由底层、中间介质层、表层三层组成，所述底层为一层连续金属膜；中间介质层为聚酰亚胺薄膜、氮化硅薄膜、氧化硅薄膜、非晶硅薄膜、氮氧化硅薄膜、氧化铝薄膜、氧化铪薄膜、氧化铝铪薄膜当中的一种；所述表层为表层谐振器，该表层谐振器为内部呈“工”字型、外围为“方框”的图形化金属；其超材料太赫兹响应特性的调控方法为将满足阻抗匹配的超材料单元结构的整体按比例地进行缩少或放大，能够把超材料的太赫兹吸收频率、响应频带等调节到理想范围。本发明具有结构简单、易于集成的优点，能够应用到太赫兹探测器中。

Description

一种太赫兹超材料单元结构及其制备与调控方法

技术领域

本发明涉及超材料及太赫兹探测技术领域，具体涉及一种太赫兹超材料单元结构及其制备与调控方法。 

背景技术

由于缺乏有效的太赫兹（THz）源和检测技术，太赫兹研究在很长一段时间内停滞不前。近年，随着物理学、材料学、激光工程和纳米技术的快速发展，太赫兹技术取得长足进步，成为当前的国际研究热点。太赫兹探测器通过检测穿过物体的太赫兹光子的变化情况，实现对物体的形貌或成分的探测。与常规的X射线、核磁共振等探测技术相比，太赫兹探测器具有检测速度快、精度高、穿透性强、辐射损伤小等优点。其中，非制冷型太赫兹探测器在军事及民用当中具有广泛的应用前景，是太赫兹技术的一个重要领域。遗憾的是，目前非制冷太赫兹探测器的发展受到较大的限制，其重要原因是缺乏有效吸收太赫兹光子的器件材料。电磁超构材料的出现很可能使太赫兹应用技术，尤其是使太赫兹电磁波成像技术获得突破发展。 

电磁超材料（Metamaterial)，简称超材料，是指一类具有天然材料所不具备的超常电磁性质的人工复合结构或复合材料。2001年，Walser第一次提出电磁超材料的概念（参见R.M. Walser, “Electromagnetic matematerials”, Pro. SPIE, 4467, 1 (2001).文献），很快地就引起学术界的广泛注意。利用超材料可以实现电磁波和光波性能的任意“剪裁”，从而可获得诸如完美透镜、隐身斗篷、电磁波完美吸收等特殊器件。如今，超材料已成为理论基础研究与技术应用研究共同关注的热点（参见N.I. Zheludev, “The road ahead for metamaterials”, Science, 328, 582 (2010).文献）。 

根据有效媒介理论，超材料的特性可以通过关键物理尺寸的结构有序设计来调控。所以，通过调整其物理尺寸及材料参数，能够使超材料与入射电磁波的电磁分量产生耦合，从而使特定频带的入射电磁波的绝大部分（甚至是100%）被吸收，由此获得特殊的超材料“完美吸收器”（参见N.I. Landy, S. Sajuyigbe, J.J. Mock, “Perfect metamaterial absorber”, Phys. Rev. Lett., 100, 7402 (2008).文献）。基于这种原理，2008年，Tao等人设计出由金属/介质/金属三层结构构成的一种超材料太赫兹吸收器（参见H. Tao, N.I. Landy, C.M. Bingham, X. Zhang, R.D. Averitt, W.J. Padilla, “A metamaterial absorber for the terahertz regime: Design, fabrication and characterization”, Opt. Express, 16, 7182 (2008).文献），其底层及表层Au金属分别呈长方形条状与开口谐振环状结构。这种超材料吸收器在1.12 THz处的吸收率的理论值高达98%、实测值为70%。遗憾的是，这种传统超材料的底层金属采用条状结构，光刻时需要“套刻”技术，增加了工艺难度。 

目前为止，前人往往通过改变超材料的形貌、金属及介质材料的搭配等方式来调控超材料的太赫兹响应。例如，在固定超材料尺寸及组成材料的情况下，通过改变超材料金属谐振环的形貌能够调节超材料的太赫兹响应性能（参见李磊，周庆莉，“在太赫兹波段的开口形状对超材料的影响”，物理学报，60(1) 019503 (2011)）。此外，在形貌固定的情况下，通过改变超材料的单元面积或者组成材料的种类及厚度也能够调节超材料的太赫兹响应性能（参见Lee. Butler, David S. Wilbert, William Baughman, Soner Balci, Patrick Kung, Seongsin M. Kim“Design, Simulation, and Characterization of THz Metamaterial Absorber”, Proc. SPIE, 8363 83630J-1 (2012) 文献）。遗憾的是，这些传统的超材料调节方法容易使超材料的阻抗发生失配，由此影响其太赫兹响应效果。所以，如果仅改变超材料任何一个结构参数，需要同时系统地调整其它的结构参数，这样才能使调整之后的超材料重新满足阻抗匹配、获取较高的电磁响应。此外，传统超材料的介质层较厚（4-8mm），应用到器件当中将严重地影响器件的热学、电学及力学等性能，使器件发生形变、甚至失效。这些不足限制了常规超材料在器件，尤其是在具有悬浮微桥结构的非制冷太赫兹微测辐射热计当中的应用。 

总之，目前的太赫兹超材料结构以及超材料太赫兹响应的调控方法均存在不足，不利于实际应用及理论研究。 

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是：如何提供一种对特定太赫兹敏感响应的超材料结构以及如何提供一种通用的超材料的太赫兹吸收频率及响应频带的调控方法。 

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案： 

一种太赫兹超材料单元结构，其特征在于，该太赫兹超材料结构由底层、中间介质层、表层三层组成，所述底层为一层连续金属膜；中间介质层为聚酰亚胺薄膜、氮化硅薄膜、氧化硅薄膜、非晶硅薄膜、氮氧化硅薄膜、氧化铝薄膜、氧化铪薄膜、氧化铝铪薄膜当中的一种；所述表层为表层谐振器，该表层谐振器为内部呈“工”字型、外围为“方框”的图形化金属。

在本发明中，所述超材料单元结构的中间介质层的介电常数为1~12，最佳为2、3、3.5、4、4.5、5、6、7、8、9、10、11、12等；介质层的厚度为0.05~40μm，最佳为0.5μm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12 μm等； 

在本发明中，所述超材料单元结构的面积为1mm×1mm~200mm×200mm，最佳为5.2mm×5.2mm、10.4mm×10.4mm、13mm×13mm、15.6mm×15.6mm、20.8mm×20.8mm、26mm×26mm、39mm×39mm、52mm×52mm等。

在本发明中，所述超材料单元结构的表层及底层金属为Au、或者是金属Al、Ti、TiN _x 、TiSi _x 、TiW _x 、W、WSi _x 、Ni、NiSi _x 、Ta、TaN _x 、Fe、Pt、Cu、Ag、NiCr _x 合金当中的一种，金属薄膜的电导率为2×10⁵~6×10⁷ S/m，最佳为1×10⁶ S/m、5×10⁶ S/m、1×10⁷ S/m、2×10⁷ S/m、3×10⁷ S/m、3.5×10⁷ S/m、4×10⁷ S/m、4.5×10⁷ S/m、5×10⁷ S/m、5.5×10⁷ S/m、6×10⁷ S/m等；金属膜的厚度为5~2000nm，最佳为30nm、50nm、80 nm、100 nm、120 nm、150 nm、200 nm、250 nm、300 nm、350 nm、400 nm、450 nm、500 nm等。 

本发明提供的所述太赫兹超材料单元结构的制备方法，其特征在于，包如下步骤： 

① 清洗衬底，然后用高纯氮气吹干，备用；

② 在衬底的表面，利用反应器沉积一层厚度为5~2000 nm的金属连续膜，作为超材料的底层金属；

③ 在上述金属连续膜的表面，旋涂一层厚度为0.05~40 μm的介质层；

④ 利用反应器，在介质层的表面，沉积超材料的第二层金膜，厚度为5~2000 nm；

⑤利用刻蚀的方法，按照设定的尺寸，通过掩膜，对第二层金属膜进行选择性刻蚀、直至暴露出下面的介质层，形成内部为“工字”、外围为“方框”的金属图形，形成超材料的表层谐振器。

作为对太赫兹超材料结构的制备方法更进一步地说明，在步骤在①中所用的支撑衬底为单晶硅片或者为氮化硅薄膜、非晶硅薄膜、氧化硅薄膜、氮氧化硅薄膜、聚酰亚胺薄膜、聚乙烯薄膜、聚苯乙烯薄膜、聚丙烯薄膜、砷化镓薄膜当中的一种。 

一种如本发明所述太赫兹超材料单元结构的太赫兹响应特性的调控方法，其特征在于， 

将满足阻抗匹配的超材料单元结构的整体按比例地进行缩少或放大，当缩放比例在0.1到4之间发生变化时，本发明所述超材料中间介质层的厚度由0.8μm逐渐增大到32μm、上下两层金属的厚度由20 nm逐渐增大到800 nm、单元面积由2.6mm×2.6mm逐渐增大到104mm×104mm，这种单元结构整体缩放导致的超材料的中心吸收频率将从17.69 THz逐渐减小到0.422 THz，响应频带从822 GHz逐渐缩窄到7.96 GHz。

本发明提供的一种超材料太赫兹响应特性的调控方法，其特征在于，整体缩小和放大的超材料单元结构，其超材料的中心吸收频率随着结构单元整体的放大而减小、随着结构单元整体的缩小而增大，其变化满足f₂=f₁/k规律，其中，k为超材料单元结构整体缩小或放大的倍数，f₁为变化前超材料的吸收频率，f₂为变化后超材料的吸收频率。 

本发明提供的一种超材料太赫兹响应特性的调控方法，其特征在于，整体缩小和放大超材料单元结构之后，太赫兹超材料的响应频带随着结构单元整体的放大而缩窄、随着结构单元整体的缩小而增宽。 

如果需要获取结构更薄、吸收频率更高、响应频带更宽的超材料，应将原有超材料的单元结构整体地进行缩小。反之，如果需要获取结构更厚、吸收频率更低、响应频带更窄的超材料，应将原有超材料的单元结构整体地进行放大。 

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果： 

一、这种通过按比例整体地缩放超材料单元结构来调控其太赫兹响应特性的方法使超材料设计变得更加简易，重要的是，还易于寻找具有特定吸收频率、特定响应频带、特定结构厚度的超材料，为超材料在不同器件当中的应用提供了更加简易、更加有效的技术途径。

二、入射太赫兹波从超材料单元结构的表层进入，太赫兹波的电磁分量与超材料产生耦合，引起入射太赫兹波的选择吸收，超材料的底层金属膜反射太赫兹波，进一步增强太赫兹吸收特性。本发明所述超材料具有结构简单、易于集成的优点，能够应用到太赫兹探测器。 

附图说明

图1为本发明中提供的太赫兹超材料单元结构的示意图； 

图2为传统的底层采用线性金属的超材料结构的示意图。

图3为将图1所示的太赫兹超材料单元结构的底层及表层金属采用Au膜、介质层采用聚酰亚胺膜、原先的膜层厚度为200nm（Au）/8000nm（聚酰亚胺）/200nm（Au），单元尺寸为a=36μm、b=26μm、c=14.8μm、d=0.4μm、t₁=8μm、t₂=8μm，单元面积为26mm×26mm的太赫兹超材料单元结构在不同频率的太赫兹吸收率的仿真结果。 

图4-a、图4-b为将图1所示的太赫兹超材料单元结构的介质层厚度由8μm变为6μm，电谐振环单元面积由原来的26mm×26mm变为28mm×28mm，这种单一的结构参数发生变化时，太赫兹超材料单元结构在不同频率的太赫兹吸收率的仿真结果。 

图5为采用本发明所提的调控方法，将图1所示的太赫兹超材料单元结构整体地进行缩放：(a) 2倍，(b) 3/2倍，(c) 1/2倍，(d) 1/5倍之后，超材料在不同频率的太赫兹吸收率的仿真结果。 

图6为采用本发明所提的调控方法，将图1所示的太赫兹超材料单元结构的整体按比例地进行缩放，缩放比例在0.2到2范围的超材料结构的中心吸收频率的变化情况。 

图7为采用本发明所提的调控方法，将图1所示的太赫兹超材料单元结构的整体按比例地进行缩放，缩放比例在0.2到2范围的超材料结构的吸收峰值、以及吸收率大于90%的响应频带的变化情况。 

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的描述。 

采用本发明提供的底层为一层连续金属膜、中间为介质层、表层为图形化成内部为“工字”及外围为“方框”两部分金属组成的超材料结构，具有特殊的太赫兹响应性能。本发明制作该超材料结构的实施例如下：（1）选用单晶硅片作为超材料的衬底1，清洗之后，用高纯氮气吹干，备用；（2）在衬底1的表面，利用电子束蒸发系统沉积一层厚度为5~2000 nm的连续金膜，作为超材料的底层金属2；（3）在上述连续金膜2的表面，旋涂一层厚度为0.05~40 μm的聚酰亚胺膜，作为超材料的介质层3；（4）在聚酰亚胺薄膜3的表面，利用电子束蒸发系统沉积超材料的第二层金膜4，厚度为5~2000 nm；（5）利用刻蚀的方法，通过掩膜，按照设定尺寸（a=36μm、b=26μm、c=14.8μm、d=0.4μm、t₁=8μm、t₂=8μm，单元面积为26mm×26mm），对第二层金属4进行选择刻蚀、直至暴露出下面的聚酰亚胺层3，形成内部为“工字”、外围为“方框”的金图形，构成超材料的表层谐振器，由此制备超材料。如此制备的超材料在膜层厚度为200nm（Au）/8000nm（聚酰亚胺）/200nm（Au）时，低频端的中心吸收频率为1.81 THz，吸收率大于90%的响应频带为57.4 GHz。 

图1是本发明提出的满足阻抗匹配条件的太赫兹超材料的单元结构，其底层为连续金属膜，而表层的金属膜则被图形化成一个由内部为“工字”、外围为“方框”两部分组成的谐振器，两层金属的中间为介质层。超材料原先的单元尺寸为a=36μm、b=26μm、c=14.8μm、d=0.4μm、t₁=8μm、t₂=8μm，原先的单元面积为26mm×26mm。 

作为对比，图2展示一种传统的表层为金属谐振器、中间为介质层、底层为线性金属的超材料结构。图2结构原先的单元为宽a=34mm、长b=50mm。从上至下，表层为电谐振器结构层，该电谐振器的长宽都为c=30mm，线宽和开口为w=3mm；中间层为聚酰亚胺介质层，厚度为t=8mm；底层为金属线，该金属线陷入聚酰亚胺中，其长d=48mm、宽e=4mm；表层电谐振器与底层金属线都为Au，厚度为200nm。 

对于本发明所提的图1所示的超材料结构，其中间的介质层不受特别限制，除了聚酰亚胺薄膜，还可以是不同厚度、不同组分的氮化硅（SiN _x ）薄膜、非晶硅（a-Si）膜、氧化硅（SiO _x ）膜、氮氧化硅（SiN _x O _y ）膜，或者是业内所知的氧化铝（AlO _x ）膜、氧化铪（HfO _x ）膜、氧化铝铪（HfAlO _x ）膜等其中的一种、或者是它们的复合膜。本发明提出的图1所示的超材料结构的表层及底层金属也不受特别限制，可以是金属Au、或者是金属Al、Ti、TiN _x 、TiSi _x 、TiW _x 、W、WSi _x 、Ni、NiSi _x 、Ta、TaN _x 、Fe、Pt、Cu、Ag、NiCr _x 合金当中的一种、或者是几种金属的混合物。本发明提出的图1所示的超材料的衬底也不受特别限制，可以是单晶硅片、或者是氮化硅薄膜、非晶硅薄膜、氧化硅薄膜、氮氧化硅薄膜、聚酰亚胺薄膜、聚乙烯薄膜、聚苯乙烯薄膜、聚丙烯薄膜、砷化镓薄膜、这些材料的复合膜当中的一种。本发明提出的满足调控规律的超材料结构也不受特别限制，可以是图1所示的本发明提出的超材料结构、图2所示的传统的超材料结构、或者是业内所知的其它超材料结构当中的一种。 

经如下方法分析，可证明采用本发明提出的对超材料单元结构的整体按比例进行调控的方法，能够有效地对超材料的太赫兹中心吸收频率、响应频带、膜层厚度等进行调节，符合非制冷太赫兹探测器的需要。 

使用CST Microwave Studio2011电磁仿真软件中的频域算法对本发明所提的超材料结构（图1）进行计算，结构单元X及Y方向边界设定为（unit cell)周期边界，即结构单元在X和Y方向无限周期排布，波矢K沿Z方向。假设透射为零，吸收率可以通过A(ω)=1-|S₁₁ ^|2-|S₁₂|²得到。仿真参数包括：聚酰亚胺的介电常数为3.5、损耗角正切0.0027，Au薄膜的电导率δ=4.561×10⁷。图3为本发明所提的图1所示的超材料，当底层及表层金属采用Au膜，介质层采用聚酰亚胺膜，原先的膜层厚度为200nm（Au）/8000nm（聚酰亚胺）/200nm（Au），以及采用图1所示的原先的单元尺寸及原先的单元面积时，该超材料在不同频率的太赫兹吸收率的仿真结果。图3显示，在1-3 THz频率范围，本发明所提的超材料结构（图1）具有两个吸收峰。其中，低频端的中心吸收频率为1.81 THz、其吸收率近100%，响应频带（定义为吸收率大于90%的频率范围）为57.4 GHz。 

对于本发明所提的图1超材料结构，在其它参数保持不变的情况下，如果仅改变介质层厚度一个结构参数，例如使该介质层的厚度由原来的8 mm（图1）减小到6 mm，参数的改变将导致结构对太赫兹的响应效果发生变化，介质层厚度变化之后结构的太赫兹吸收情况如图4a所示。图4-a显示，介质厚度变薄（6 mm）之后，结构的中心吸收频率变为1.79 Hz（原先为1.81 THz）；此外，由于反射增强，吸收峰值由变化前的98.4%降低为90.4%。另一种情况，在其它参数保持不变的情况下，如果仅将本发明所示的图1超材料的电谐振器的外框尺寸由原来的26mm×26mm变为28mm×28mm，而工型谐振器形貌、位置以及其它的结构参数均保持不变。这种尺寸变化之后，超材料的太赫兹吸收情况如图4b所示。图4-b表明，此时结构（28mm×28mm）的吸收频率为1.79 THz（原先26mm×26mm为1.81 THz），吸收率由变化前的近100%明显地降低到72.3%（图4b）。图4-a及4-b结果均表明，如果仅改变超材料的某一种结构参数，将破坏原结构的阻抗匹配，使超材料的太赫兹吸收率明显减小。若需重新获得高吸收率，需要系统地协调、优化其它的结构参数，这样才能重新建立起阻抗匹配、获得高的太赫兹吸收率。由此可见，传统的对超材料结构参数进行调控的方法繁琐、耗时长、有不确定性。 

图5是采用本发明所提的调控方法，将图1所示超材料的单元结构整体地缩小或放大之后的太赫兹响应情况。例如，图5-c显示当结构单元整体缩小为原来的1/2（即a=18μm、b=13μm、c=7.4μm、d=0.2μm、t₁=4μm、t₂=4μm，金膜厚度变为100nm，聚酰亚胺介质层厚度变为4000nm，单元面积为13mm×13mm）时，新结构的中心吸收频率变成3.59 THz、为原先响应频率（1.81 THz）的2倍。而且，在3.59 THz处的吸收峰值接近100%，吸收率大于90%的响应频带为148 GHz、同样明显地宽于调节之前的57.4 GHz。超材料单元结构整体比例发生其它变化，例如 (a) 2倍，(b) 3/2倍，(d) 1/5倍之后的仿真结果见图5-a、5-b、5-d。，单元结构整体地缩小或放大之后，超材料的太赫兹吸收率在99.09%~99.98%之间、几乎均为“完美吸收”，说明如果采用本发明所示方法按比例地整体缩放结构单元，将不破坏结构的阻抗匹配，所以，超材料的高太赫兹吸收特性得到保持。并且清楚表明，结构整体缩小之后，超材料的太赫兹中心吸收频率将向高频方向移动、而响应频带将变得更宽。这种调控导致的超材料的吸收频率及响应频带的变化符合一定的规律。 

为了进一步揭示本专利提出的调控方法导致的超材料性能的变化规律，我们将本发明所提的图1所示的超材料的单元结构整体地从0.2倍到2倍进行缩放，然后系统地对缩放之后的太赫兹响应进行仿真计算。这种单元结构整体缩放导致的超材料的中心吸收频率的变化总结在图6中。图6显示，当缩放比例从0.2倍到2倍变化时，超材料的中心吸收频率从8.910 THz逐渐减小到0.906 THz。根据图6结果，我们归纳出采用本专利所提的单元结构整体缩放方法导致的超材料的太赫兹响应频率满足f₂=f₁/k规律，其中，k为超材料单元整体缩小或放大的倍数，f₁为变化前结构的中心吸收频率，f₂为变化后结构的中心吸收频率。图7是根据本发明提出的调控方法，将图1超材料单元结构整体地按比例进行缩放，缩放比例在0.2到2范围的结构的吸收峰值、以及吸收率大于90%的响应频带的变化情况。图7表明：缩放比例从0.2倍变化到2倍时，超材料响应频率的峰值在98.59%~99.99%之间变化、几乎均为“完美吸收”；而且，超材料的太赫兹响应频带随着单元结构整体的放大而缩窄、单元结构整体的缩小而增宽。 

按照本发明所提供的单元结构整体缩放的调控方法，对图2所示的传统的采用底层为金属线的超材料结构也进行了同样的调控，当这种传统的超材料单元结构的整体缩放比例从0.2倍到2倍进行变化时，超材料的响应频率从5.540 THz逐渐减小到0.569 THz，吸收率在90.8%与99.1%之间变化，类似于采用本发明所示超材料的图6结果。传统的超材料结构的吸收峰值及响应频带的变化规律，同样类似于采用本发明所示超材料的图7结果。其它超材料结构的仿真结果也显示出类似的变化规律。这些结果表明，本发明所提供的调控方法在超材料的太赫兹响应方面具有普遍的规律。 

Claims (9)

1.一种太赫兹超材料单元结构，其特征在于，该太赫兹超材料单元结构由底层、中间介质层、表层三层组成，所述底层为一层连续金属膜；中间介质层为聚酰亚胺薄膜、氮化硅薄膜、氧化硅薄膜、非晶硅薄膜、氮氧化硅薄膜、氧化铝薄膜、氧化铪薄膜、氧化铝铪薄膜当中的一种；所述表层为表层谐振器，该表层谐振器为内部呈“工”字型、外围为“方框”的图形化金属。

2.根据权利要求1所述的太赫兹超材料单元结构，其特征在于，所述单元结构的面积为1mm×1mm ~ 200mm×200mm。

3.根据权利要求1所述的太赫兹超材料单元结构，其特征在于，所述超材料单元结构的中间介质层的介电常数为1~12，介质层的厚度为0.05~40μm。

4.根据权利要求1所述的太赫兹超材单元料结构，其特征在于，所述超材料单元结构的表层及底层金属为Au、或者是金属Al、Ti、TiN _x 、TiSi _x 、TiW _x 、W、WSi _x 、Ni、NiSi _x 、Ta、TaN _x 、Fe、Pt、Cu、Ag、NiCr _x 合金当中的一种，所述金属薄膜的电导率为2×10⁵~6×10⁷ S/m，金属膜的厚度为5~2000nm。

5.制备如权利要1所述的太赫兹超材料单元结构的制备方法，其特征在于，包如下步骤：

① 清洗衬底，然后用高纯氮气吹干，备用；

② 在衬底的表面，利用反应器沉积一层厚度为5~2000 nm的金属连续膜，作为超材料的底层金属；

③ 在上述金属连续膜的表面，旋涂一层厚度为0.05~40 μm的介质层；

④ 利用反应器，在介质层的表面，沉积超材料的第二层金膜，厚度为5~2000 nm；

⑤ 利用刻蚀的方法，按照设定的尺寸，通过掩膜，对第二层金属膜进行选择性刻蚀、直至暴露出下面的介质层，形成内部为“工字”、外围为“方框”的金属图形，形成超材料的表层谐振器。

6.根据权利要5所述的太赫兹超材料单元结构的制备方法，其特征在于，在步骤在①中所用的支撑衬底为单晶硅片或者为氮化硅薄膜、非晶硅薄膜、氧化硅薄膜、氮氧化硅薄膜、聚酰亚胺薄膜、聚乙烯薄膜、聚苯乙烯薄膜、聚丙烯薄膜、砷化镓薄膜当中的一种。

7.一种如权利要求1所述太赫兹超材料单元结构的太赫兹响应特性的调控方法，其特征在于，将满足阻抗匹配的超材料单元结构的整体按比例地进行缩少或放大，当缩放比例在0.1到4之间发生变化时，超材料中间介质层的厚度由0.8μm逐渐增大到32μm、上下两层金属的厚度由20 nm逐渐增大到800 nm、单元面积由2.6mm×2.6mm逐渐增大到104mm×104mm，这种单元结构整体缩放导致的超材料的中心吸收频率将从17.69 THz逐渐减小到0.422 THz，响应频带从822 GHz逐渐缩窄到7.96 GHz。

8.根据权利要求7所述的超材料太赫兹响应特性的调控方法，其特征在于，整体地缩小和放大的超材料单元结构，其超材料的中心吸收频率随着结构单元整体的放大而减小、随着结构单元整体的缩小而增大，其变化满足f₂=f₁/k规律，其中，k为超材料单元结构整体缩小或放大的倍数，f₁为变化前超材料的吸收频率，f₂为变化后超材料的吸收频率。

9.根据权利要求7所述的超材料太赫兹响应特性的调控方法，其特征在于，整体缩小和放大超材料单元结构之后，太赫兹超材料的响应频带随着结构单元整体的放大而缩窄、随着结构单元整体的缩小而增宽。

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