CN108828705A - 一种悬空结构亚波长导模共振太赫兹高效窄带滤波方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种悬空结构亚波长导模共振太赫兹高效窄带滤波方法，为一种新的滤波方法；同时，还提供了该方法制备的器件及制备方法，滤波效率不随波长变长而降低、滤波带宽不随波长变长而展宽，可以实现高效和窄带滤波。本发明滤波器采用高阻硅共振结构悬空技术，提高了滤波效率和导模共振的品质因子，降低了共振结构的损耗，降低了带宽；采用二维阵列结构，克服了器件不对称问题。

Description

一种悬空结构亚波长导模共振太赫兹高效窄带滤波方法

技术领域

本发明提供一种悬空结构亚波长导模共振太赫兹高效窄带滤波方法，同时，还提供了该方法制备的器件及制备方法，属于电子滤波技术领域。

背景技术

太赫兹波具有独特的时域脉冲、低能、谱指纹、宽带等特性，THz成像和THz波谱学在物理学、物理化学、材料科学、生物医学、环境科学、安全检查和卫星通讯等领域有着广阔的应用前景。太赫兹波的频率在0.1THz到10THz，频带宽度一般为3THz。需要获得高质量成像和THz波谱应用，窄带滤波是必须采用的技术。国际上新兴太赫兹滤波的技术主要基于二维光子晶体、超颖材料、表面等离子体等结构。但是这些技术存在主要不足是难以实现窄带滤波，而且制备技术复杂，都尚处于研发阶段。现在实用的太赫兹滤波器都采用2006年韩国首尔大学J．w．Lee发明的微孔的金属薄膜太赫兹滤波器，孔的结构由需要透过波长决定；这一技术的缺陷是波长越长器件的滤波效率越低、带宽越宽。

导模共振现象是MAGNUSSON在1992年提出来，光波在亚波长波导光栅中传播产生的导模共振现象的物理现象。由于采用共振原理，在滤波特性上比较其它技术具有原理性优势，近年来导模共振机理在新型可见光窄带滤光器件中获得了较好的研究进展。太赫兹波是电磁波，从物理原理上，能够采用导模共振机理实现太赫兹波高效窄带滤波。中国专利“城墙形太赫兹波滤波器（CN201420683369）”和“一种双层金属光栅导模共振带通滤波器（CN201710466222）”就是利用导模共振原理，采用“一维金属光栅”结构制成滤波器；在实际应用中，由于金属光栅结构部分导致部分太赫兹波被反射，会影响滤波器的滤波效率；一维金属光栅共振与周边材料紧密接触，材料的损耗会降低共振的品质因子，影响带宽；器件与入射波垂直的平面上，当设入射方向是Z 坐标方向时，X方向与Y方向就存在着不对称的问题；因此，上述技术就存在着基片介质损耗、滤波效率低、器件不对称性的缺点和不足。

发明内容

本发明公开一种悬空结构亚波长导模共振太赫兹高效窄带滤波方法，克服了现有太赫兹滤波技术在高效和窄带上的瓶颈--滤波效率低、带宽宽。

本发明公开一种悬空结构亚波长导模共振太赫兹高效窄带滤波器件，采用二维阵列结构，为一种新的滤波器件结构，提高太赫兹谐振结构的品质因子，实现太赫兹高效、窄带滤波。

本发明进一步提供了一种悬空结构亚波长导模共振太赫兹高效窄带滤波器件的生产方法，适用于工业化生产。

本发明所述的一种悬空结构亚波长导模共振太赫兹高效窄带滤波方法，技术解决方案如下：

是基于电磁波导模共振的太赫兹滤波原理，采用导模共振和悬空结构降低损耗技术；实现高效窄带滤波。

本发明所述的一种悬空结构亚波长导模共振太赫兹高效窄带滤波器件，主要由基片、太赫兹谐振结构及悬空结构的支撑构成二维伞状阵列结构；其中，

所述的基片为高阻硅基片、聚甲基丙烯酸甲酯或者聚酰亚胺；

所述的图形化薄膜结构为高阻硅、聚甲基丙烯酸甲酯或者聚酰亚胺材料制成，形状选自：圆形、星形、正方形等几何图形，可以获得高的谐振品质因子；

所述的支撑结构为二氧化硅材料制成。

本发明所述的一种悬空结构亚波长导模共振太赫兹高效窄带滤波器件的生产方法，包括以下步骤：

1）在高阻硅基片上沉积二氧化硅层；

2）二氧化硅层溅射高阻硅形成高阻硅薄膜；

3）在高阻硅薄膜旋涂纳米压印光刻胶；

4）根据滤波器件设计要求制备纳米压印模版；

5）在纳米压印光刻胶上采用制备的纳米压印模版进行纳米压印压合工艺；

6）脱模版后获得的结构；

7）对高阻硅反应离子刻蚀后，去除压印光刻胶获得的结构；

8）对二氧化硅反应离子刻蚀后获得的结构；

9）对二氧化硅进行第二次侧向反应离子刻蚀后获得的悬空结构亚波长导模共振太赫兹高效窄带滤波器件。

本发明比较现有技术的优越性是克服了现有技术的缺陷，滤波效率不随波长变长而降低、滤波带宽不随波长变长而展宽；提高了共振结构的品质因子，从而提高了滤波效率、降低了带宽。克服了“CN201420683369-城墙形太赫兹波滤波器”和“CN201710466222-一种双层金属光栅导模共振带通滤波器”所描述结构存在的基片介质损耗、滤波效率低、器件不对称性的缺点和不足。

本发明积极效果在于：

提供了基于悬空结构亚波长导模共振太赫兹高效窄带滤波方法，为一种新的滤波方法；滤波效率不随波长变长而降低、滤波带宽不随波长变长而展宽，可以实现高效和窄带滤波。本发明滤波器采用高阻硅共振结构悬空技术，提高了滤波效率和导模共振的品质因子，降低了共振结构的损耗，降低了带宽；采用二维阵列结构，克服了器件不对称问题。

附图说明

图1、图2为本发明悬空结构亚波长导模共振太赫兹高效窄带滤波器件的结构；

图3为本发明悬空结构亚波长导模共振太赫兹高效窄带滤波器件流程示意图；

图4为发明制作的滤波器的Rsoft仿真曲线图；

图中，1、基片，2、图形化薄膜结构； 3、支撑结构；a、高阻硅基片；b、二氧化硅层；c、溅射高阻硅薄膜；d、旋涂纳米压印光刻胶层；e、根据器件设计要求制备的纳米压印模版；f、纳米压印压合；g、脱模版后获得的结构；i、对高阻硅反应离子刻蚀后去除压印光刻胶获得的结构；j、对二氧化硅反应离子刻蚀后获得的结构；k、对二氧化硅进行第二次侧向反应离子刻蚀后获得的悬空结构亚波长导模共振太赫兹高效窄带滤波器件。

具体实施方式

通过以下实施例描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的，本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

实施例1

根据图1、图2所示，本发明所述的滤波器件主要由基片1、太赫兹谐振结构2及悬空结构的支撑3构成二维伞状阵列结构；其中，

所述的基片1为高阻硅基片、聚甲基丙烯酸甲酯或者聚酰亚胺；

所述的图形化薄膜结构2为高阻硅、聚甲基丙烯酸甲酯或者聚酰亚胺材料制成，形状选自：圆形、星形、正方形等几何图形，可以获得高的谐振品质因子；

所述的支撑结构3为二氧化硅材料制成。

实施例2

根据图3所示，本发明所述的滤波器件制备过程，包括以下步骤：

1、采用化学气相沉积工艺在高阻硅基片a上沉积二氧化硅层b；

2、采用等离子溅射工艺在二氧化硅层b溅射高阻硅形成高阻硅薄膜c；

3、采用光刻胶旋涂工艺在高阻硅薄膜c旋涂纳米压印光刻胶d；

4、采用纳米压印模版制造技术根据滤波器件设计要求制备纳米压印模版e；

5、纳米压印压合f；

6、纳米压印模版e脱离高阻硅薄膜c获得的结构g；

7、采用反应离子体刻蚀工艺对高阻硅反应离子刻蚀后，去除压印光刻胶获得的结构i；

8、采用反应离子体刻蚀工艺对二氧化硅反应离子刻蚀后获得的结构j；

9、采用反应离子体刻蚀工艺对二氧化硅进行第二次侧向反应离子刻蚀后获得的悬空结构亚波长导模共振太赫兹高效窄带滤波器件k。

试验例1

太赫兹高效窄带滤波器件特性标准商业电磁波仿真软件仿真结果:

对实施例2制备的滤波器件设计的太赫兹工作波长是2mm，器件的结构参数：采用正方形结构1的边长是1.67mm；厚度是0.88mm；结构3的高度是2.64、直径是0.66mm

采用标准商业电磁波仿真软件Rsoft仿真结果如下：滤波效率：0.97；滤波半带宽：0.24mm（参见图4）。

结论：本发明生产的滤波器件具有滤波效率不随波长变长而降低、滤波带宽不随波长变长而展宽，可以实现高效和窄带太赫兹滤波。

Claims (3)

1.一种悬空结构亚波长导模共振太赫兹高效窄带滤波方法，其特征在于：是基于电磁波导模共振的太赫兹滤波原理，采用导模共振和悬空结构降低损耗技术实现高效窄带滤波。

2.一种悬空结构亚波长导模共振太赫兹高效窄带滤波器件，其特征在于：

主要由基片、太赫兹谐振结构及悬空结构的支撑构成二维伞状阵列结构；其中，

所述的基片为高阻硅基片、聚甲基丙烯酸甲酯或者聚酰亚胺；

所述的图形化薄膜结构为高阻硅、聚甲基丙烯酸甲酯或者聚酰亚胺材料制成，形状选自：圆形、星形、正方形等几何图形，可以获得高的谐振品质因子；

所述的支撑结构为二氧化硅材料制成。

3.如权利要求2所述的一种悬空结构亚波长导模共振太赫兹高效窄带滤波器件的生产方法，包括以下步骤：

1）在高阻硅基片上沉积二氧化硅层；

2）二氧化硅层溅射高阻硅形成高阻硅薄膜；

3）在高阻硅薄膜旋涂纳米压印光刻胶；

4）根据滤波器件设计要求制备纳米压印模版；

5）在纳米压印光刻胶上采用制备的纳米压印模版进行纳米压印压合工艺；

6）脱模版后获得的结构；

7）对高阻硅反应离子刻蚀后，去除压印光刻胶获得的结构；

8）对二氧化硅反应离子刻蚀后获得的结构；

9）对二氧化硅进行第二次侧向反应离子刻蚀后获得的悬空结构亚波长导模共振太赫兹高效窄带滤波器件。