CN103969712A - 一种广角偏振无关的宽频太赫兹波吸收器制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种广角偏振无关的宽频太赫兹波吸收器制作方法，选取一定掺杂浓度的半导体硅，通过在硅晶圆表面使用光刻工艺以及ICP工艺刻蚀，或者化学腐蚀工艺制得周期排列的降低反射率光栅层，光栅层除外的剩余部分为降低透过率的衬底层。此结构在太赫兹波段实现了广角偏振无关的宽频吸收器；所提出的二维光栅结构高掺杂硅衬底吸收器与传统的超材料吸收器相比较，具有吸收频段高，偏振无关，入射角度广等优点；吸收器制作方法，取材广泛，实现简单有效，便于加工，适用范围广；所提出的制作广角偏振无关的宽频太赫兹波吸收器可根据实际应用场合及要求，通过结构参数的调整来实现吸收率、吸收频段、吸收带宽的调节。
Description
技术领域
本发明涉及一种太赫兹波吸收器，特别涉及一种广角偏振无关的宽频太赫兹波吸收器制作方法。
背景技术
太赫兹（THz）波是位于微波和远红外线之间的电磁波。近年来，随着超快激光技术的发展，使得太赫兹脉冲的产生有了稳定、可靠的激发光源，从此使得人们能够研究太赫兹。太赫兹在生物医学、安全监测、无损伤探测、光谱与成像技术以及军工雷达等领域有着广泛的应用。而太赫兹波段的开发和利用离不开太赫兹功能器件，太赫兹吸收器是太赫兹应用的一种基本的功能器件，能被广泛应用于微型测辐射热仪、探测器、频谱成像、隐身等方面。也其发展一直备受重视。
2008年，波士顿学院的N. I. Landy 教授首次利用电磁超材料（Metamaterial）结构通过理论和实验方法制备出吉赫兹频段的单频完美吸收器（Phys. Rev. Lett., 100, 207402，2008）。在此基础上，波士顿大学的H. Tao等报道了利用光刻方法制成太赫兹超材料完美吸收器，在1.3THz实现了超过70%的吸收（Opt. Express, 16, 7181-7188，2008）。但是都多数此类基于电磁超材料的吸收器只能对垂直入射的电磁波达到较高的吸收率，且大多数只能工作在单一波段，对入射波的偏振模式也较为敏感，从而限制了其应用领域。
发明内容
本发明是针对现在的太赫兹吸收器高吸收率范围小的问题，提出了一种广角偏振无关的宽频太赫兹波吸收器制作方法，二维光栅结构能够在有效地解决吸收率与入射波偏振态无关的同时，通过相消干涉和光栅衍射的叠加实现宽频高吸收。
本发明的技术方案为：一种广角偏振无关的宽频太赫兹波吸收器制作方法，选取一定掺杂浓度的半导体硅，通过在硅晶圆表面使用光刻工艺以及ICP工艺刻蚀，或者化学腐蚀工艺制得周期排列的光栅层，光栅层除外的剩余部分为衬底层，降低反射率的光栅层的参数为光栅深度、宽度、周期，降低透过率的衬底层的参数为消光系数和厚度，调节光栅层与衬底层参数，使用传统的太赫兹时域光谱系统对制得的广角偏振无关的宽频太赫兹波吸收器进行测试，得到所需吸收频段和吸收带宽的广角偏振无关的宽频太赫兹波吸收器。
本发明的有益效果在于：本发明广角偏振无关的宽频太赫兹波吸收器制作方法，首次在太赫兹波段实现了广角偏振无关的宽频吸收器；所提出的二维光栅结构高掺杂硅衬底吸收器与传统的超材料吸收器相比较，具有吸收频段高，偏振无关，入射角度广等优点；所提出的制作广角偏振无关的宽频太赫兹波吸收器的方法，结构简单，取材广泛，实现简单有效，便于加工，适用范围广；所提出的制作广角偏振无关的宽频太赫兹波吸收器可根据实际应用场合及要求，通过结构参数的调整来实现吸收率、吸收频段、吸收带宽的调节。
附图说明
图1为本发明广角偏振无关的宽频太赫兹波吸收器俯视图；
图2为本发明广角偏振无关的宽频太赫兹波吸收器左视图；
图3为本发明广角偏振无关的宽频太赫兹波吸收器垂直入射时吸收率与频率的关系图；
图4为本发明广角偏振无关的宽频太赫兹波吸收器吸收率与角度、频率的关系图。
具体实施方式
如图1、2所示广角偏振无关的宽频太赫兹波吸收器俯视和左视图：一种广角偏振无关的宽频太赫兹波吸收器，包括用于降低透过率的衬底层以及降低反射率的光栅层，光栅层的光栅深度d、宽度w、周期p等决定吸收器对太赫兹波的反射率，衬底层材料的消光系数、厚度t等决定吸收器对太赫兹波的透射率。吸收器光栅层以及衬底层参数可以被调节用来实现吸收频段，吸收带宽的改变。吸收器光栅层与衬底层为同一掺杂浓度的半导体硅，通过在硅晶圆表面使用光刻工艺以及ICP工艺刻蚀或者化学腐蚀工艺等来制得光栅层。
具体参数是：吸收器总厚度为t+d，其中光栅层深度d，衬底层深度t，光栅宽度w，光栅周期p,电磁波激励频率f。
本实例中，我们选取重掺杂的P型硅晶圆作为衬底材料，使用传统半导体光刻工艺加工并进行ICP刻蚀。我们使用传统的太赫兹时域光谱系统对制得的广角偏振无关的宽频太赫兹波吸收器进行测试，太赫兹源发射出的太赫兹波经离轴抛物面镜，聚焦在吸收器表面，经吸收器透射和反射的太赫兹波信号又经离轴抛物面镜最终汇聚在太赫兹波探测器上。
我们通过实物测得的透射与反射信号，计算出该吸收器在不同偏振模式下最终的吸收率-频率关系图，进而分析出了该吸收器在不同太赫兹波入射角下吸收率-频率关系图，如图3所示广角偏振无关的宽频太赫兹波吸收器垂直入射时吸收率与频率的关系图，该吸收器对频率范围为1THz～2THz的任意偏振态的太赫兹波均能实现95%以上的吸收。如图4所示广角偏振无关的宽频太赫兹波吸收器吸收率与角度、频率的关系图，对频率范围为1THz～2THz且入射角与吸收器法线夹角为0～70度入射的任意偏振态的太赫兹波实现90%以上的吸收。此吸收器具有吸收效率更高，吸收带宽更宽，入射角度更广，与入射波偏振角度无关等一系列优势。
所述光栅层结构能在电磁波传输过程中起到降低电磁波反射的作用，并不局限于图中所给出的方形光栅结构。所述衬底层结构能在电磁波传输过程中起到降低电磁波透射的作用，并不局限于图中所给出的平板结构。
Claims (1)
1.一种广角偏振无关的宽频太赫兹波吸收器制作方法，其特征在于，选取一定掺杂浓度的半导体硅，通过在硅晶圆表面使用光刻工艺以及ICP工艺刻蚀，或者化学腐蚀工艺制得周期排列的光栅层，光栅层除外的剩余部分为衬底层，降低反射率的光栅层的参数为光栅深度、宽度、周期，降低透过率的衬底层的参数为消光系数和厚度，调节光栅层与衬底层参数，使用传统的太赫兹时域光谱系统对制得的广角偏振无关的宽频太赫兹波吸收器进行测试，得到所需吸收频段和吸收带宽的广角偏振无关的宽频太赫兹波吸收器。
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