本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種用于吸收太赫茲輻射的粗糙黑化金屬薄膜及其制備方法，該超薄金屬膜被所述金屬活性刻蝕劑的氟基等離子體轟擊處理，氟基等離子體的物理轟擊使金屬薄膜表面粗糙化。同時(shí)，通過調(diào)節(jié)刻蝕時(shí)氟離子能量與濃度，使大量氟離子吸附到金屬薄膜粗糙表面并在表面擴(kuò)散與反應(yīng)，獲得表面富集氟離子的金屬薄膜?？涛g后氟離子在粗糙的金屬薄膜表面生成大量結(jié)晶缺陷，使金屬薄膜表面黑化。粗糙黑化的金屬薄膜表面結(jié)構(gòu)具有高表體比、低反射率的特點(diǎn)，有效增強(qiáng)太赫茲輻射的吸收性能和效率，且制備工藝簡(jiǎn)單，與MEMS工藝兼容，可廣泛應(yīng)用于太赫茲探測(cè)與成像領(lǐng)域。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及太赫茲探測(cè)與成像
，具體涉及一種。
技術(shù)介紹
太赫茲(Terahertz, THz)波指頻率介于O.1 IOTHz (波長(zhǎng)3mnT30 m)的電磁福射，其電磁波譜位于微波和紅外波段之間，因此，太赫茲系統(tǒng)兼顧電子學(xué)和光學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。長(zhǎng)期以來，由于缺乏有效的THz輻射產(chǎn)生和檢測(cè)方法，人們對(duì)于該波段電磁輻射性質(zhì)的了解非常有限，以至于該波段被稱為電磁波譜中的THz空隙。該波段也是電磁波譜中有待進(jìn)行全面研究的最后一個(gè)頻率窗口。近年來由于自由電子激光器和超快激光技術(shù)的發(fā)展， 為THz脈沖的產(chǎn)生提供了穩(wěn)定、可靠的激發(fā)光源，使THz輻射的產(chǎn)生機(jī)理、檢測(cè)技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)的研究得到蓬勃發(fā)展。與其它波段的電磁波相比，THz電磁波具有如下獨(dú)特特點(diǎn)①THz波的波長(zhǎng)處于微波及紅外光之間，因此在應(yīng)用方面相對(duì)于其它波段的電磁波，如微波和X射線等，具有非常強(qiáng)的互補(bǔ)特征THz波的典型脈寬在亞皮秒量級(jí)，不但可以進(jìn)行亞皮秒、飛秒時(shí)間分辨的瞬態(tài)光譜研究，而且通過取樣測(cè)量技術(shù)，能夠有效地防止背景輻射噪音的干擾THz波具有很高的時(shí)間和空間相干性，這一特點(diǎn)在研究材料的瞬態(tài)相干動(dòng)力學(xué)問題時(shí)具有極大的優(yōu)勢(shì)；④THz波的光子能量低。頻率為ITHz的電磁波的光子能量只有大約4meV，因此不會(huì)對(duì)生物組織產(chǎn)生有害的電離，適合于對(duì)生物組織進(jìn)行活體檢查。THz波的這些特點(diǎn)使其在物體成像、環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療診斷、射電天文、寬帶移動(dòng)通訊、尤其是在衛(wèi)星通訊和軍用雷達(dá)等方面具有重大的科學(xué)價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。太赫茲探測(cè)器是太赫茲技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵器件之一。在太赫茲探測(cè)器的開發(fā)和應(yīng)用中，檢測(cè)太赫茲信號(hào)具有舉足輕重的意義。因?yàn)?，一方面，與較短波長(zhǎng)的光學(xué)波段電磁波相 t匕，太赫茲波光子能量低，背景噪聲通常占據(jù)顯著地位；另一方面，隨著太赫茲探測(cè)技術(shù)在各領(lǐng) 域特別是軍事領(lǐng)域中的應(yīng)用的深入開展，不斷提高接收靈敏度成為必然的要求。由于赫茲探測(cè)器探測(cè)單元中的熱敏感薄膜對(duì)太赫茲波吸收很弱，使得太赫茲輻射信號(hào)檢測(cè)的難度較大。傳統(tǒng)的紅外探測(cè)器，如微測(cè)輻射熱計(jì)，對(duì)太赫茲的吸收僅為紅外吸收的2 5%左右， 甚至比器件材料的不均勻度還要低，故極難區(qū)分噪音與被檢信號(hào)。因此，需要增加單獨(dú)的太赫茲吸收層以增強(qiáng)探測(cè)器的吸收性能。要求太赫茲吸收層的反射率低，與下層材料的粘附性要好。目前常用的太赫茲吸收材料為有機(jī)黑體、黑金和N1-Cr等。在這幾種物質(zhì)中，黑金的反射率最低，但它的粘附性不是很好。黑色樹脂的反射率也比較低，但比較厚，而且熱阻較大，可能會(huì)阻礙熱量向敏感薄膜的傳播。目前，超薄金屬膜和多層膜在太赫茲波段光子器件和光電子器件中的應(yīng)用得到了廣泛關(guān)注，其重要應(yīng)用之一就是作為THz探測(cè)器的吸收層與THz波段抗反射涂層。由于微尺度效應(yīng)，超薄金屬膜的光學(xué)/電學(xué)特性及其參數(shù)(折射率、消光系數(shù)、吸收系數(shù)、介電常數(shù)、 電導(dǎo)率等)與塊狀材料顯著不同。厚度低于50nm的金屬或金屬復(fù)合薄膜用作太赫茲吸收層時(shí)對(duì)探測(cè)器的熱容影響很小，利于高響應(yīng)速率探測(cè)單元的制作。N. Oda等報(bào)道了將金屬薄膜用作太赫茲吸收層進(jìn)行THz-QVGA探測(cè)器制備的 研究(N. Oda, etc, “Development of Bolometer-type Uncooled THz-QVGA Sensor and Camera，，， The 34th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves, Vol.1, 2009),由于熱敏薄膜對(duì)太赫茲福射的弱吸收性,太赫茲吸收 層是THz-QCGA與非制冷IRFPA在單元結(jié)構(gòu)上的主要區(qū)別。通過調(diào)整薄膜電阻至適當(dāng)值，可 將太赫茲探測(cè)靈敏度提高 5 8 倍(N. Oda, etc, “Detection of Terahertz Radiation from Quantum Cascade Laser, Using Vanadium Oxide Microbolometer Focal Plane Arrays”，Proc. of SPIE, Vol. 6940，pp. 69402Y-1-12，2008)。C. C. Ling 等報(bào)道 了對(duì)秘金屬-介質(zhì)復(fù)合膜系結(jié)構(gòu)吸收太赫茲福射的研究(C. C. Ling, etc, “Large Area Bolometers for THz Power Measurements，，， IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 42, pp. 758-760，2002)。這種結(jié)構(gòu)中，40 150nm 的秘膜被蒸 發(fā)制備在采用熱生長(zhǎng)與LPCVD方法制備的三層介質(zhì)復(fù)合薄膜上。測(cè)試結(jié)果表明，制備有 鉍金屬層的復(fù)合薄膜的太赫茲輻射吸收率比無鉍金屬層的相同介質(zhì)薄膜提高了 60%。C. Bolakis等報(bào)道了一種制備在硅襯底上的太赫茲吸收薄膜堆棧結(jié)構(gòu)，由介電布拉格反射 鏡和薄的鉻金屬膜組成，應(yīng)用于雙相材料太赫茲傳感器(C. Bolakis, etc, “Design and Characterization of Terahertz-Absorbing Nano-Laminates of Dielectric and Metal Thin Films”，Optics Express, Vol. 18, pp. 14488-14495，2010)。復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)吸收 了 3 5THz內(nèi)入射太赫茲輻射的20%。通過有限元建模優(yōu)化鉻金屬薄膜的厚度，分析結(jié)果表 明當(dāng)金屬薄膜厚度為9nm時(shí),太赫茲福射吸收率可達(dá)到50%。F. Alves等研究了 Ni和Cr 金屬薄膜在 I IOTHz 內(nèi)的太赫茲吸收率(F. Alves, etc, “Highly absorbing nano-scale metal films for terahertz applications”， Optical Engineering, Vol. 51, pp. 063801-1-063801-6, 2012)，通過控制金屬薄膜厚度(2. 5 50 nm)，其太赫茲吸收率可達(dá) 到47%，結(jié)果證明金屬薄膜可用于太赫茲探測(cè)器的吸收層材料。M. Schossig等報(bào)道了 NiCr合金薄膜用作熱釋電太赫茲探測(cè)器的吸收層與電極(M. Schossig, etc, “Infrared Responsivity of Pyroelectric Detectors with Nanostructured NiCr Thin-Film Absorber”，IEEE SENSORS JOURNAL, Vol. 10, pp. 1564-1565，2010)。采用熱蒸發(fā)方法 將吸收層與上電極一步沉積，調(diào)整沉積角度形成光學(xué)納米棒結(jié)構(gòu)的NiCr薄膜，制備的NiCr 薄膜具有更低的折射率與反射率，獲得更高的太赫茲吸收率。在這些文獻(xiàn)報(bào)道中，太赫茲吸 收層都直接制備在探測(cè)單元表面上，未對(duì)太赫茲吸收層進(jìn)行表面處理，其太赫茲吸收性能 有進(jìn)一步提升的空間。國(guó)內(nèi)關(guān)于太赫茲探測(cè)技術(shù)與太赫茲吸收層的研究與處于起步階段。專利 200910216064. 4公開了一種太赫茲波平面吸收材本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種用于吸收太赫茲輻射的粗糙黑化金屬薄膜，其特征在于：①所述金屬薄膜表面被粗糙黑化；②所述金屬薄膜的黑化表面為晶體缺陷；③所述金屬薄膜為位于太赫茲探測(cè)器敏感單元頂層的太赫茲吸收層。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王軍，茍君，楊明，閆淼，蔣亞東，黎威志，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：電子科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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