CN109830546A - 一种增强热效应的亚太赫兹波探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种增强热效应的亚太赫兹波探测器，包括衬底层，衬底层的上方设置有引线电极以及对数周期天线，对数周期天线的两臂与对应的引线电极电连接，对数周期天线的两臂通过石墨烯导电层形成导电沟道；对数周期天线的上方设置有介质层，介质层上设置有劈裂栅极，以及与劈裂栅极电连接的引线电极；衬底层位于对数周期天线的两臂的下方设置有聚光腔；该增强热效应的亚太赫兹波探测器通过反射光波，对数周期天线能够再次吸收光波，增强了对数周期天线对光波的吸收，能够将更多的光波转化为热能，这样石墨烯导电层就可以吸收更多的热量，从而使得石墨烯导电层灵敏度提高，提高了亚太赫兹波探测器的灵敏度。
Description
技术领域
本发明属于亚太赫兹波探测技术领域，具体涉及一种增强热效应的亚太赫兹波探测器。
背景技术
太赫兹波是频率0.1～10THz(1THz＝1012Hz)范围内的电磁波，波长范围为3mm～30μm，位于毫米波(亚毫米波)与红外波之间。太赫兹光子对应能量范围为0.414～41.4meV，与分子和材料的低频振动和转动能量范围相匹配。这些决定了太赫兹波在电磁频谱中的特殊位置以及在传播、散射、反射、吸收、穿透等方面与毫米波、红外线显著不同的特点和应用，也将为人们对物质的表征和操控提供很大的自由空间。
太赫兹波具有很多独特的性质如宽频性、透视性、安全性等，它在物理、化学、生物医学等基础领域，以及反恐、有无损成像、光谱分析和雷达通讯方面有着重要的应用前景：(1)太赫兹波在生物医学上的应用具有很大的吸引力。在皮肤癌的诊断和治疗、太赫兹波断层成像以及药物的分析和检测等方面都显示了其强大的功能和成效。由于生物大分子的振动和转动频率均在太赫兹波段，而且太赫兹波辐射技术又可提取DNA的重要信息，因此，太赫兹波在植物，特别是粮食选种，优良菌种的选择等方面可以起重要的作用。(2)太赫兹波辐射可以穿透烟雾，又可检测出有毒或有害分子，所以在环境监测和保护方面可以发挥重要作用。太赫兹波对很多非金属和非极性电介质材料具有很强的穿透力，包括衣物、包裹、陶制品甚至墙壁等材料，可以实现对这些材料中携带的隐藏爆炸物进行非接触式检测。太赫兹实时检测手段，相比于其他技术，在太赫兹波段不同炸药种类所具有的特征吸收和色散各有不同，具有指纹谱性。利用太赫兹技术对它们进行探测和识别，进而分析物质内部结构信息。(3)太赫兹波的能量比较低，仅有几毫电子伏特，对人体不会造成电离伤害，也不会危害人体健康，由此可以方便地对隐藏在这些包装材料中的爆炸物进行探测，也极大地保障了检测人员和设备的安全。同时，太赫兹波在雷达和通信，航天飞机可能故障的探测以及天文等方面的应用也有很大的潜力。
申请号为201610894003.3的专利申请，提供了一种室温可调控的亚太赫兹波探测器及制备方法，其提供的室温可调控的亚太赫兹波探测器，主要包括衬底，衬底上集成对数周期天线以及引线电极，对数周期天线的两臂分别与对应的引线电极相连；在对数周期天线的两臂中间有高迁移率且载流子浓度可调的石墨烯导电沟道，石墨烯导电沟道与对数周期天线两臂互连，形成良好的欧姆接触；在石墨烯导电沟道上有氧化铝栅介质层；在石墨烯导电沟道的氧化铝栅介质层上集成劈裂栅极以及相应的引线电极。实际应用中发现，该亚太赫兹波探测器仍然存在灵敏度缺陷，石墨烯导电沟道吸收热量有限，导致该亚太赫兹波探测器的石墨烯的载流子活动受限的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是解决现有的亚太赫兹波探测器存在灵敏度缺陷，影响石墨烯电沟道的载流子效率的问题。
为此，本发明提供了一种增强热效应的亚太赫兹波探测器，包括衬底层，所述衬底层的上方设置有相互间隔的引线电极以及对数周期天线，所述对数周期天线的两臂分别与对应的引线电极电连接，所述对数周期天线的两臂通过石墨烯导电层形成导电沟道；所述对数周期天线的上方设置有介质层，所述介质层上设置有劈裂栅极，以及与劈裂栅极电连接的引线电极；所述衬底层位于对数周期天线的两臂的下方设置有聚光腔。
所述聚光腔设置有多个，排列于对数周期天线的两臂下方。
所述多个聚光腔为三角形。
所述聚光腔为弧心朝上的弧形。
所述聚光腔的表面设置有反光层。
所述反光层为镀银反光层。
本发明的有益效果：本发明提供的这种增强热效应的亚太赫兹波探测器，解决现有的亚太赫兹波探测器存在灵敏度缺陷，影响石墨烯电沟道的载流子效率的问题，通过在对数周期天线的下方设置聚光腔，由于能够将入射的未被吸收的光波进行反射，对数周期天线能够再次吸收光波，增强了对数周期天线对光波的吸收，能够将更多的光波转化为热能，这样石墨烯导电层就可以吸收更多的热量，石墨烯导电层的载流子浓度发生变化，从而使得石墨烯导电层灵敏度提高，从而提高了探测光波的敏感度，提高了亚太赫兹波探测器的灵敏度。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是增强热效应的亚太赫兹波探测器的结构示意图一。
图2是增强热效应的亚太赫兹波探测器的结构示意图二。
图3是增强热效应的亚太赫兹波探测器的结构示意图三。
图4是增强热效应的亚太赫兹波探测器的结构示意图四。
图中：1、衬底层；2、引线电极；3、对数周期天线；4、介质层；5、劈裂栅极；6、石墨烯导电层；7、聚光腔；8、反光层。
具体实施方式
为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。
实施例1
为了解决现有的亚太赫兹波探测器存在灵敏度缺陷，影响石墨烯电沟道的载流子效率的问题。本实施例提供了一种如图1～图4所示的增强热效应的亚太赫兹波探测器，包括衬底层1，所述衬底层1的上方设置有相互间隔的引线电极2以及对数周期天线3，所述对数周期天线3的两臂分别与对应的引线电极2电连接，所述对数周期天线3的两臂通过石墨烯导电层6形成导电沟道；所述对数周期天线3的上方设置有介质层4，所述介质层4上设置有劈裂栅极5，以及与劈裂栅极5电连接的引线电极2；所述衬底层1位于对数周期天线3的两臂的下方设置有聚光腔7；这样就可以通过对数周期天线3的下方设置的聚光腔7，由于能够将入射的未被吸收的光波进行反射，对数周期天线3能够再次吸收光波，增强了对数周期天线3对光波的吸收，在聚光腔7中聚集了更强的电磁场，所以能够将更多的光波转化为热能，这样石墨烯导电层6就可以吸收更多的热量，石墨烯导电层6的载流子浓度发生变化，从而使得石墨烯导电层6灵敏度提高，从而提高了探测光波的敏感度，提高了亚太赫兹波探测器的灵敏度。
进一步的，所述衬底层1的厚度为0.5～2.5mm，优先的可以选择1mm，或者2mm，衬底层1可以由二氧化硅制成，引线电极2为常用的接线电极，可以由金或者铜制成，厚度设置为500nm～1000nm，优先的可以选择500nm、600nm、700nm等；对数周期天线3为金制成的膜，厚度为50nm～300nm，优先的选择50nm、60nm、70nm、80nm、90nm等；介质层4为氧化铝制成，厚度为50nm～100nm，优先的选择50nm、60nm、70nm、80nm、90nm等；劈裂栅极5为金或银制成，厚度为50nm～90nm优先的选择50nm、60nm、70nm、80nm、90nm等。
在上述基础上，衬底层1位于对数周期天线3的两臂的下方处，形成了聚光腔7；所述聚光腔7的功能是将未被吸收的光进行反射，从而提高光的吸收率，对数周期天线3的两臂下方可以分别设置1个聚光腔7，也可以设置多个聚光腔7。
上述的聚光腔7为开口朝上的三角形，也可以为弧心朝上的弧形；这有利于聚集、反射光波，从而提高光波的吸收率；同时也具有一定的坚固作用，使得对数周期天线3具有稳定的支撑。
进一步的，所述聚光腔7的表面设置有反光层8，这样不仅具有更好的聚集热量的作用，而且使得光波的反射率更高；反光层8为镀银反光层，也可以是其他反射光波率高的材料制成。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种增强热效应的亚太赫兹波探测器，包括衬底层(1)，其特征在于：所述衬底层(1)的上方设置有相互间隔的引线电极(2)以及对数周期天线(3)，所述对数周期天线(3)的两臂分别与对应的引线电极(2)电连接，所述对数周期天线(3)的两臂通过石墨烯导电层(6)形成导电沟道；所述对数周期天线(3)的上方设置有介质层(4)，所述介质层(4)上设置有劈裂栅极(5)，以及与劈裂栅极(5)电连接的引线电极(2)；所述衬底层(1)位于对数周期天线(3)的两臂的下方设置有聚光腔(7)。
2.如权利要求1所述的一种增强热效应的亚太赫兹波探测器，其特征在于：所述聚光腔(7)设置有多个，排列于对数周期天线(3)的两臂下方。
3.如权利要求1或2所述的一种增强热效应的亚太赫兹波探测器，其特征在于：所述聚光腔(7)为三角形。
4.如权利要求1或2所述的一种增强热效应的亚太赫兹波探测器，其特征在于：所述聚光腔(7)为弧心朝上的弧形。
5.如权利要求1或2所述的一种增强热效应的亚太赫兹波探测器，其特征在于：所述聚光腔(7)的表面设置有反光层(8)。
6.如权利要求5所述的一种增强热效应的亚太赫兹波探测器，其特征在于：所述反光层(8)为镀银反光层。
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