太赫兹波探测器制造技术

本发明专利技术属于探测器技术领域，具体涉及一种太赫兹波探测器。以铝镓氮/镓氮高电子迁移率场效应晶体管（HEMT）为基本结构，通过衬底设计、利用外延法制备铝镓氮/镓氮层；然后制备有源区台面、栅介质、欧姆接触窗口、电极，得到的场效应晶体管中的二维电子气具有较高的电子浓度和迁移率，得到在室温条件下对THz波实现高速、高灵敏度、高信噪比探测的波谱探测装置，最终实现对太赫兹波的探测。

【技术实现步骤摘要】
太赫兹波探测器本专利技术属于专利技术名称为太赫兹波探测器及其制备方法、申请日为2017年6月26日、申请号为201710495198.9专利技术申请的分案申请，为产品技术部分。
本专利技术属于探测器
，具体涉及一种太赫兹波探测器。
技术介绍
太赫兹（Terahertz，THz）辐射是对一个特定波段的电磁辐射的统称，通常是指频率在0.1THz~10THz（波长在3mm~30um）范围内的电磁波，它在电磁波谱中位于微波和红外辐射之间。在电子学领域里，这一波段的电磁波又被称做毫米波和亚毫米波；而在光谱学领域，它也被称为远红外线。太赫兹辐射之所以引起我们浓厚的兴趣，是因为它具有很多独特的性质和广泛的应用前景。太赫兹波辐射源具有：宽频性、透视性、安全性等特性，所以它在物理、化学、生物医学等基础领域，以及有无损成像、安全检查、光谱分析和雷达通讯方面有着重要的应用前景。和太赫兹辐射源一样，太赫兹探测也是太赫兹科技中的另一关键技术，也是太赫兹技术应用投入到实际应用的另一关键环节。目前，太赫兹信号探测技术从原理上可分为相干脉冲时域连续波探测技术和非相干直接能量探测技术两类。基于相干技术的太赫兹脉冲时域连续波探测技术采用与太赫兹脉冲生成相类似的方式进行相干探测，一类探测方法称为太赫兹时域光谱技术；另一类在太赫兹波低频端选用超外差式探测器。主要探测方法有热辐射探测法、傅里叶变换光谱法、时域光谱法、外差式探测法以及太赫兹量子阱红外光子探测。在太赫兹波段的开发和利用中，探测太赫兹信号具有举足轻重的意义。因为，一方面，由于太赫兹辐射源输出功率低，频率范围内热辐射背景噪声大、水蒸汽衰减严重等因素的影响，从目标反射回来的太赫兹辐射信号更低，与较短波长的光学波段电磁波相比，太赫兹波光子能量低，背景噪声通常占据显著地位。这就要求太赫兹探测器具有很高的探测灵敏度和频率分辨率，另一方面，随着太赫兹技术在各领域特别是军事领域中的深入开展，不断提高探测灵敏度成为必然的要求。由于目前太赫兹光源的辐射功率普遍都比较低，而现有的太赫兹波探测器普遍具有响应速度慢（热释电探测器）、探测频率窄（肖特基二极管）、灵敏度差（Golaycell探测器）和需要低温工作（测辐射热计）的缺点，因此发展一种高速、高灵敏度、高信噪且在室温条件下可以工作的太赫兹波探测器尤为重要。在前期的探测器中，三极子耦合天线同时作为源、漏和栅电极跟HEMT器件集成，栅极天线跟源极天线在同一平面内，金属栅极对栅下2DEG处的横向电场起到了较大的屏蔽作用，导致天线的耦合效率不高和器件响应度低。因此，研究人员长久以来一直渴望发展出一种较成熟的灵敏度高，探测频率宽，体积小，高速，廉价，室温工作的商用太赫兹探测器，以大幅推动THz技术的发展和应用。
技术实现思路
本专利技术公开了一种太赫兹波探测器及其制备方法，以铝镓氮/镓氮高电子迁移率场效应晶体管（HEMT）为基本结构，该场效应晶体管中的二维电子气具有较高的电子浓度和迁移率，得到在室温条件下对THz波实现高速、高灵敏度、高信噪比探测的波谱探测装置，最终实现对太赫兹波的探测。本专利技术采用如下技术方案：一种太赫兹波探测器的制备方法，包括以下步骤：（1）在氮气保护下，混合六氯铱酸铵、二辛基锡、九水合硝酸铝、乙醇和丙酸；然后回流搅拌5分钟，然后加入氢氧化钾甲醇溶液与过氧苯甲酸叔丁酯；反应10分钟后自然冷却至室温，加入乙酸乙酯聚沉离心；将离心沉淀物水洗后分散于乙醇中得分散体系；然后加入乙酸锰、硝酸钴、水，搅拌10分钟加入三茂钐，搅拌1小时，得到支撑层前驱体；（2）在分散体系中加入聚乙烯醇、双氧水、四苯基卟啉铁，50℃搅拌1小时，然后加入4,4-二氨苯基甲烷、正硅酸乙酯，回流搅拌10分钟，然后浓缩得到固含量80%的浓缩物；将浓缩物进行超重力处理；然后冷冻干燥，得到纳米粉；所述超重力处理的转速为35000～40000rpm；浓缩物的流量为80～90mL/min；（3）将氧化石墨烯、环氧树脂加入丙酮，回流搅拌20分钟后加入单硬脂酸甘油酯与二苯基硅二醇，继续搅拌10分钟，然后加入石蜡，搅拌30分钟，得到隔离层前驱体；（4）将纳米粉加入隔离层前驱体中，搅拌5分钟后加入碳纳米管，搅拌10分钟得到加强层前驱体；（5）在耐热基底上依次涂覆隔离层前驱体、加强层前驱体、支撑层前驱体，得到衬底；每次涂覆后室温干燥；（6）在衬底上利用外延法制备铝镓氮/镓氮层；然后制备有源区台面、栅介质、欧姆接触窗口、电极，从而得到太赫兹波探测器。本专利技术还公开了一种太赫兹波探测装置的制备方法，包括以下步骤：（1）在氮气保护下，混合六氯铱酸铵、二辛基锡、九水合硝酸铝、乙醇和丙酸；然后回流搅拌5分钟，然后加入氢氧化钾甲醇溶液与过氧苯甲酸叔丁酯；反应10分钟后自然冷却至室温，加入乙酸乙酯聚沉离心；将离心沉淀物水洗后分散于乙醇中得分散体系；然后加入乙酸锰、硝酸钴、水，搅拌10分钟加入三茂钐，搅拌1小时，得到支撑层前驱体；（2）在分散体系中加入聚乙烯醇、双氧水、四苯基卟啉铁，50℃搅拌1小时，然后加入4,4-二氨苯基甲烷、正硅酸乙酯，回流搅拌10分钟，然后浓缩得到固含量80%的浓缩物；将浓缩物进行超重力处理；然后冷冻干燥，得到纳米粉；所述超重力处理的转速为35000～40000rpm；浓缩物的流量为80～90mL/min；（3）将氧化石墨烯、环氧树脂加入丙酮，回流搅拌20分钟后加入单硬脂酸甘油酯与二苯基硅二醇，继续搅拌10分钟，然后加入石蜡，搅拌30分钟，得到隔离层前驱体；（4）将纳米粉加入隔离层前驱体中，搅拌5分钟后加入碳纳米管，搅拌10分钟得到加强层前驱体；（5）在耐热基底上依次涂覆隔离层前驱体、加强层前驱体、支撑层前驱体，得到衬底；每次涂覆后室温干燥；（6）在衬底上利用外延法制备铝镓氮/镓氮层；然后制备有源区台面、栅介质、欧姆接触窗口、电极，从而得到太赫兹波探测器；将太赫兹波探测器进行封装，得到太赫兹波探测装置。本专利技术还公开了一种太赫兹波探测系统的制备方法，包括以下步骤：（1）在氮气保护下，混合六氯铱酸铵、二辛基锡、九水合硝酸铝、乙醇和丙酸；然后回流搅拌5分钟，然后加入氢氧化钾甲醇溶液与过氧苯甲酸叔丁酯；反应10分钟后自然冷却至室温，加入乙酸乙酯聚沉离心；将离心沉淀物水洗后分散于乙醇中得分散体系；然后加入乙酸锰、硝酸钴、水，搅拌10分钟加入三茂钐，搅拌1小时，得到支撑层前驱体；（2）在分散体系中加入聚乙烯醇、双氧水、四苯基卟啉铁，50℃搅拌1小时，然后加入4,4-二氨苯基甲烷、正硅酸乙酯，回流搅拌10分钟，然后浓缩得到固含量80%的浓缩物；将浓缩物进行超重力处理；然后冷冻干燥，得到纳米粉；所述超重力处理的转速为35000～40000rpm；浓缩物的流量为80～90mL/min；（3）将氧化石墨烯、环氧树脂加入丙酮，回流搅拌20分钟后加入单硬脂酸甘油酯与二苯基硅二醇，继续搅拌10分钟，然后加入石蜡，搅拌30分钟，得到隔离层前驱体；（4）将纳米粉加入隔离层前驱体中，搅拌5分钟后加入碳纳米管，搅拌10分钟得到加强层前驱体；（5）在耐热基底上依次涂覆隔离层前驱体、加强层前驱体、支撑层前驱体，得到衬底；每次涂覆后室温干燥；（6）在衬底上利用外延法制备铝镓氮/镓氮层；然后制备有源区台面、栅介质、欧姆接触窗口、电极，从而本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太赫兹波探测器，其特征在于，所述太赫兹波探测器的制备方法包括以下步骤：（1）在氮气保护下，混合六氯铱酸铵、二辛基锡、九水合硝酸铝、乙醇和丙酸；然后回流搅拌5分钟，然后加入氢氧化钾甲醇溶液与过氧苯甲酸叔丁酯；反应10分钟后自然冷却至室温，加入乙酸乙酯聚沉离心；将离心沉淀物水洗后分散于乙醇中得分散体系；然后加入乙酸锰、硝酸钴、水，搅拌10分钟加入三茂钐，搅拌1小时，得到支撑层前驱体；（2）在分散体系中加入聚乙烯醇、双氧水、四苯基卟啉铁，50℃搅拌1小时，然后加入4,4‑二氨苯基甲烷、正硅酸乙酯，回流搅拌10分钟，然后浓缩得到固含量80%的浓缩物；将浓缩物进行超重力处理；然后冷冻干燥，得到纳米粉；所述超重力处理的转速为35000～40000rpm；浓缩物的流量为80～90mL/min；（3）将氧化石墨烯、环氧树脂加入丙酮，回流搅拌20分钟后加入单硬脂酸甘油酯与二苯基硅二醇，继续搅拌10分钟，然后加入石蜡，搅拌30分钟，得到隔离层前驱体；（4）将纳米粉加入隔离层前驱体中，搅拌5分钟后加入碳纳米管，搅拌10分钟得到加强层前驱体；（5）在耐热基底上依次涂覆隔离层前驱体、加强层前驱体、支撑层前驱体，得到衬底；每次涂覆后室温干燥；（6）在衬底上利用外延法制备铝镓氮/镓氮层；然后制备有源区台面、栅介质、欧姆接触窗口、电极，从而得到太赫兹波探测器。...

【技术特征摘要】
1.一种太赫兹波探测器，其特征在于，所述太赫兹波探测器的制备方法包括以下步骤：（1）在氮气保护下，混合六氯铱酸铵、二辛基锡、九水合硝酸铝、乙醇和丙酸；然后回流搅拌5分钟，然后加入氢氧化钾甲醇溶液与过氧苯甲酸叔丁酯；反应10分钟后自然冷却至室温，加入乙酸乙酯聚沉离心；将离心沉淀物水洗后分散于乙醇中得分散体系；然后加入乙酸锰、硝酸钴、水，搅拌10分钟加入三茂钐，搅拌1小时，得到支撑层前驱体；（2）在分散体系中加入聚乙烯醇、双氧水、四苯基卟啉铁，50℃搅拌1小时，然后加入4,4-二氨苯基甲烷、正硅酸乙酯，回流搅拌10分钟，然后浓缩得到固含量80%的浓缩物；将浓缩物进行超重力处理；然后冷冻干燥，得到纳米粉；所述超重力处理的转速为35000～40000rpm；浓缩物的流量为80～90mL/min；（3）将氧化石墨烯、环氧树脂加入丙酮，回流搅拌20分钟后加入单硬脂酸甘油酯与二苯基硅二醇，继续搅拌10分钟，然后加入石蜡，搅拌30分钟，得到隔离层前驱体；（4）将纳米粉加入隔离层前驱体中，搅拌5分钟后加入碳纳米管，搅拌10分钟得到加强层前驱体；（5）在耐热基底上依次涂覆隔离层前驱体、加强层前驱体、支撑层前驱体，得到衬底；每次涂覆后室温干燥；（6）在衬底上利用外延法制备铝镓氮/镓氮层；然后制备有源区台面、栅介质、欧姆接触窗口、电极，从而得到太赫兹波探测器。2.根据权利要求1所述太赫兹波探测器，其特征在于，六氯铱酸铵、二辛基锡、九水合硝酸铝、乙醇、丙酸、氢氧化钾甲醇溶液、过氧苯甲酸叔丁酯、乙酸锰、硝酸钴、水、三茂钐的质量比为15∶45∶38∶150∶80∶50∶3∶20∶30∶100∶2；离心沉淀物、聚乙烯醇、双氧水、四苯基卟啉铁、4,4-二氨苯基甲烷、正硅酸乙酯的质量比为15∶55∶5∶0.1∶40∶50；氧化石墨烯、环氧树脂、丙酮、单硬脂酸甘油酯、二苯基硅二醇、石蜡的质量比为5∶100∶150∶20∶30∶12；纳米粉、隔离层前驱体的质量比为75∶100。3.根据权利要求1所述太赫兹波探测器，其特征在于，所述氢氧化钾甲醇溶液中氢氧化钾的质量浓度为4.5%；所述聚乙烯醇的分子量为1500～2000。4.根据权利要求1所述太赫兹波探测器，其特征在于，隔离层前驱体、加强层前驱体、支撑层前驱体在耐热基底上的厚度分别为50微米、500微米、260微米。5.根据权利要求1所述太赫兹波探测器，其特征在于，所述外延法为金属有机物化学气相外延法、分子束外延法或者氢化物气相外延法。6.一种太赫兹波探测装置，其特征在于，所述太赫兹波探测装置的制备方法包括以下步骤：（1）在氮气保护下，混合六氯铱酸铵、二辛基锡、九水合硝酸铝、乙醇和丙酸；然后回流搅拌5分钟，然后加入氢氧化钾甲醇溶液...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙云飞，班建民，罗恒，田学农，
申请(专利权)人：苏州科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32