一種基于氧化釩光柵的太赫茲頻段可調(diào)超寬帶吸波體的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種基于氧化釩光柵的太赫茲頻段可調(diào)超寬帶吸波體，包括由下至上依次重疊的硅基底、金屬層、氧化釩層、介質(zhì)層和氧化釩光柵，各層為相同的矩形，構(gòu)成長(zhǎng)方體的吸波體單元，氧化釩光柵每一個(gè)柵條為矩形線條，平行于介質(zhì)層矩形的邊。柵條厚度為0.2～2微米，寬度為2～20微米；中心間距為6～40微米。吸波體單元長(zhǎng)寬為100～500微米；金屬層的材料是金、銀、銅和鋁中的任一種，介質(zhì)層是聚合物層或者二氧化硅層，厚度為2～30微米；多個(gè)吸波體單元組成N×N緊密二維陣列，N≥10，使陣列長(zhǎng)寬大于入射的太赫茲波束橫徑。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了太赫茲頻段的超寬帶吸收及吸收率可調(diào)，制作簡(jiǎn)單，成本低，且性能穩(wěn)定。
【專利說(shuō)明】一種基于氧化釩光柵的太赫茲頻段可調(diào)超寬帶吸波體

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太赫茲【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于氧化釩光柵的太赫茲頻段可調(diào)超寬帶吸波體。

【背景技術(shù)】
[0002]太赫茲波或稱為THz射線是指頻率在0.1至1THz的電磁波，介于微波與紅外之間。太赫茲波對(duì)很多介電材料和非極性液體具有很強(qiáng)的穿透性和很高的安全性；太赫茲系統(tǒng)在半導(dǎo)體材料、高溫超導(dǎo)材料的性質(zhì)研究、斷層成像技術(shù)、無(wú)標(biāo)記的基因檢查、細(xì)胞水平的成像、化學(xué)和生物的檢查，以及寬帶通信、微波定向等許多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。
[0003]在太赫茲技術(shù)的開(kāi)發(fā)和利用中，檢測(cè)太赫茲信號(hào)具有舉足輕重的意義。其中太赫茲探測(cè)器則是太赫茲系統(tǒng)的核心器件之一。
[0004]將太赫茲吸波體置于探測(cè)器的接收表面，能夠大大提高太赫茲探測(cè)器的探測(cè)靈敏度和頻率選擇性。因而，太赫茲吸波體在太赫茲探測(cè)和太赫茲波隱身領(lǐng)域有十分重要的應(yīng)用價(jià)值。要想在很寬的頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)探測(cè)，必須增大太赫茲探測(cè)器的頻率響應(yīng)范圍，然而，現(xiàn)有的太赫茲吸波體的吸收帶寬不寬，而且吸收帶內(nèi)吸收率不可調(diào)控，大大限制了太赫茲吸波體的性能和可應(yīng)用的頻譜范圍。
[0005]氧化釩是一種具有皮秒級(jí)絕緣體-金屬相變特性的金屬氧化物，在熱、光或者應(yīng)力的作用下可由單斜結(jié)構(gòu)的絕緣體態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆浇Y(jié)構(gòu)的金屬態(tài)。伴隨著相的轉(zhuǎn)變，氧化釩的光、電、磁等物理性質(zhì)會(huì)發(fā)生可逆性突變。這種特性對(duì)太赫茲探測(cè)、太赫茲成像和太赫茲隱身具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值。
[0006]近年出現(xiàn)了基于二氧化釩的溫控太赫茲波吸收器研究報(bào)道，如《電子元件與材料》2014年第33卷第8期的文章“基于二氧化釩的溫控太赫茲波吸收器研究”;《光電子.激光》2011年第22卷第9期文章“氧化釩薄膜太赫茲波段頻率特性研究”等。還有2012年4月公開(kāi)的電子科技大學(xué)的發(fā)明專利“一種氧化釩復(fù)合薄膜及其制備方法”，就是可用于太赫茲探測(cè)器的材料，其由二維的氧化釩與零維的富勒烯以及一維的碳納米管三種成分相復(fù)合而成，制備難度較高。
[0007]總之，現(xiàn)有報(bào)道中的基于氧化釩的太赫茲頻段吸波體的性能不夠穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，吸波頻帶不寬，帶內(nèi)吸收率不可調(diào)控，成本高，難以廣泛實(shí)際應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于氧化釩光柵的太赫茲頻段可調(diào)超寬帶吸波體，其包括依次重疊的硅基底、金屬層、氧化釩層、介質(zhì)層及氧化釩光柵，實(shí)現(xiàn)了太赫茲頻段的超寬帶吸收，且性能穩(wěn)定，易于制作。
[0009]本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種基于氧化釩光柵的太赫茲頻段可調(diào)超寬帶吸波體，包括基底、金屬層和氧化釩層，其特征在于其包括由下至上依次重疊的硅基底、金屬層、氧化釩層、介質(zhì)層和氧化釩光柵，硅基底、金屬層、氧化釩層和介質(zhì)層均為相同的矩形，各層的中心處于同一直線上、構(gòu)成長(zhǎng)方體的吸波體單元，所述氧化釩光柵每一個(gè)柵條都為矩形線條，且平行于介質(zhì)層矩形的邊。
[0010]所述的硅基底、金屬層、氧化釩層和介質(zhì)層的矩形長(zhǎng)度和寬度為100?500微米，長(zhǎng)和寬的比例為3:1?1:1 ;
[0011]所述的金屬層的材料是金、銀、銅和鋁中的任一種，其厚度為0.05?I微米；
[0012]所述的氧化釩層厚度為0.1?2微米；
[0013]所述的介質(zhì)層是聚合物層或者二氧化硅層，其厚度為2?30微米；
[0014]所述的氧化釩光柵柵條的厚度為0.2?2微米；每個(gè)柵條的寬度為2?20微米；柵條的中心間距為6?40微米；所述的氧化釩光柵各柵條的側(cè)邊緣、前端和后端距離介質(zhì)層邊緣的最小距離為2?12微米。
[0015]多個(gè)所述的吸波體單元組成NXN的緊密的二維陣列，N彡10，N值取決于實(shí)際應(yīng)用時(shí)入射太赫茲波束的橫截面積。為獲得好的超寬帶吸收效果，吸波體二維陣列的長(zhǎng)或?qū)挻笥谌肷湮w表面的太赫茲波束橫截面直徑的I?10倍。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種基于氧化釩光柵的太赫茲頻段可調(diào)超寬帶吸波體所具有的優(yōu)點(diǎn):1、利用氧化釩的相變特性實(shí)現(xiàn)對(duì)太赫茲頻段范圍內(nèi)吸收率的調(diào)控，本發(fā)明提出的基于氧化釩光柵的太赫茲吸波體結(jié)構(gòu)，在常溫下(25°c )產(chǎn)生超寬帶吸收；當(dāng)溫度升高到68°C時(shí)，由于氧化釩的相變，吸收率會(huì)大幅度下降到常溫吸收率的40%以下，這一特性對(duì)太赫茲波動(dòng)態(tài)隱身意義重大；2、實(shí)現(xiàn)了太赫茲頻段的超寬帶吸收，當(dāng)多個(gè)吸波體單元構(gòu)成二維陣列，吸波頻率范圍可為I?6THz的整個(gè)太赫茲頻段范圍，吸收率達(dá)90%以上；3、吸波體單元制作簡(jiǎn)單，成本低，且性能穩(wěn)定，吸波體單元二維陣列易于構(gòu)成，且可根據(jù)入射的太赫茲波束直徑確定二維陣列的邊長(zhǎng)，得到吸波頻率范圍符合要求的吸波體單元的二維陣列。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本基于氧化釩光柵的太赫茲頻段可調(diào)超寬帶吸波體實(shí)施例單元立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為本基于氧化釩光柵的太赫茲頻段可調(diào)超寬帶吸波體實(shí)施例單元結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。
[0019]圖3為本基于氧化釩光柵的太赫茲頻段可調(diào)超寬帶吸波體實(shí)施例2X2 二維陣列結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖4為本基于氧化釩光柵的太赫茲頻段可調(diào)超寬帶吸波體實(shí)施例25°C和68°C時(shí)太赫茲吸波體陣列的吸收曲線對(duì)比圖。
[0021]圖中:1為娃基底,2為金屬層,3為氧化I凡層,4為介質(zhì)層,5為氧化I凡光柵。

【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例詳細(xì)介紹本發(fā)明。
[0023]本基于氧化釩光柵的太赫茲頻段可調(diào)超寬帶吸波體實(shí)施例一個(gè)吸波體單元的結(jié)構(gòu)如圖1和2所不,最下層為娃基底1，娃基底之上依次為金屬層2、氧化f凡層3、介質(zhì)層4和氧化f凡光柵5。
[0024]本例硅基底1、金屬層2、氧化釩層3和介質(zhì)層4均為128微米X 128微米的正方形，各層中心處于同一直線上、構(gòu)成長(zhǎng)方體的吸波體單元。
[0025]本例氧化釩光柵5每一個(gè)柵條都為矩形線條，且平行于介質(zhì)層4矩形的邊。本例氧化釩光柵的柵條厚度為0.2微米；每個(gè)柵條的寬度為8微米；柵條的中心間距為16微米；各柵條的側(cè)邊緣、前端和后端距離介質(zhì)層4邊緣的最小距離為4微米。
[0026]本例金屬層2的材料是金，厚度為0.2微米，氧化釩層3的厚度為0.2微米，介質(zhì)層4是厚度為15微米的聚合物。本例聚合物為聚酰亞胺。
[0027]本例硅基底，其厚度為400微米。
[0028]本實(shí)施例所用材料參數(shù)分別如下:常溫下(25°C )，二氧化釩電導(dǎo)率為:130s/m ;相變溫度68°C時(shí)，二氧化釩電導(dǎo)率為:2.12X105s/m。金電導(dǎo)率為:4.09X 107s/m ;聚合物:介電常數(shù)實(shí)部為:2.88，損耗角正切(在ITHZ頻率下)為0.04。
[0029]本例采用薄膜沉積工藝制作。
[0030]圖3所示為上述基于氧化釩光柵的太赫茲頻段可調(diào)超寬帶吸波體實(shí)施例的4個(gè)吸波體單元構(gòu)成的2X2緊密的二維陣列，即構(gòu)成了長(zhǎng)和寬均為原吸波體單元長(zhǎng)和寬2倍的長(zhǎng)方體，即構(gòu)成長(zhǎng)和寬均為256微米的長(zhǎng)方體，其長(zhǎng)和寬大于入射的太赫茲波束直徑的2倍。
[0031]本例制作時(shí)硅基底1、金屬層2、氧化釩層3和介質(zhì)層4均為2X2單元面積大小的層，故各吸波體單元之間無(wú)間隙，二維陣列成一整體。
[0032]對(duì)上述本實(shí)施例太赫茲吸波體單元二維陣列進(jìn)行仿真試驗(yàn)，仿真邊界條件為周期性邊界，太赫茲波垂直本例太赫茲吸波體的樣片表面入射。
[0033]圖4顯示本實(shí)施例仿真試驗(yàn)常溫下(25°C )和68°C時(shí)太赫茲吸波體單元二維陣列吸收曲線的對(duì)比，圖中橫坐標(biāo)為頻率f，單位為THz，縱坐標(biāo)為吸波率A，實(shí)線為25°C時(shí)太赫茲吸波體單元二維陣列吸收曲線，虛線為68°C時(shí)太赫茲吸波體單元二維陣列吸收曲線。由此圖可明顯看到，在25°C時(shí)本實(shí)施例的太赫茲吸波體單元二維陣列可對(duì)頻率在I?6THz范圍內(nèi)的太赫茲波的吸波率達(dá)90%以上，在2?6THz范圍內(nèi)的太赫茲波的吸波率達(dá)98%以上，當(dāng)溫度升高到68°C時(shí)，由于氧化釩的相變，本吸波體的太赫茲波吸收率大幅度下降到常溫吸收率的40%以下。
[0034]上述實(shí)施例，僅為對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明的具體個(gè)例，本發(fā)明并非限定于此。凡在本發(fā)明的公開(kāi)的范圍之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于氧化釩光柵的太赫茲頻段可調(diào)超寬帶吸波體，包括基底、金屬層和氧化釩層，其特征在于: 包括由下至上依次重疊的硅基底(1)、金屬層(2)、氧化釩層(3)、介質(zhì)層(4)和氧化釩光柵(5)，硅基底(1)、金屬層(2)、氧化釩層(3)和介質(zhì)層(4)均為相同的矩形，各層的中心處于同一直線上、構(gòu)成長(zhǎng)方體的吸波體單元，所述氧化釩光柵(5)每一個(gè)柵條都為矩形線條，且平行于介質(zhì)層矩形的邊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氧化釩光柵的太赫茲頻段可調(diào)超寬帶吸波體，其特征在于: 所述的硅基底(1)、金屬層(2)、氧化釩層(3)和介質(zhì)層(4)的矩形長(zhǎng)度和寬度為100?500微米，長(zhǎng)和寬的比例為3:1?1:1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氧化釩光柵的太赫茲頻段可調(diào)超寬帶吸波體，其特征在于: 所述的金屬層(2)的材料是金、銀、銅和鋁中的任一種，其厚度為0.05?1微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氧化釩光柵的太赫茲頻段可調(diào)超寬帶吸波體，其特征在于: 所述的硅基底(1)，其厚度為100?500微米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氧化釩光柵的太赫茲頻段可調(diào)超寬帶吸波體，其特征在于: 所述的氧化釩層(3)厚度為0.1?2微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氧化釩光柵的太赫茲頻段可調(diào)超寬帶吸波體，其特征在于: 所述的介質(zhì)層(4)是聚合物層或者二氧化硅層，其厚度為2?30微米。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氧化釩光柵的太赫茲頻段可調(diào)超寬帶吸波體，其特征在于: 所述的氧化釩光柵(5)柵條的厚度為0.2?2微米。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于氧化釩光柵的太赫茲頻段可調(diào)超寬帶吸波體，其特征在于: 所述的氧化釩光柵(5)每個(gè)柵條的寬度為2?20微米；柵條的中心間距為6?40微米。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于氧化釩光柵的太赫茲頻段可調(diào)超寬帶吸波體，其特征在于: 所述的氧化釩光柵(5)各柵條的側(cè)邊緣、前端和后端距離介質(zhì)層邊緣的最小距離為2?12微米。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的基于氧化釩光柵的太赫茲頻段可調(diào)超寬帶吸波體，其特征在于: 多個(gè)所述的吸波體單元組成NXN的緊密的二維陣列，N彡10，組成的二維陣列長(zhǎng)或?qū)挻笥谌肷湮w表面的太赫茲波束直徑的1?10倍。
【文檔編號(hào)】G01J1/04GK104316169SQ201410634569
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月12日
【發(fā)明者】胡放榮, 張隆輝, 王月娥, 陳濤, 張麗娟 申請(qǐng)人:桂林電子科技大學(xué)