基于超材料的肖特基型太赫兹多谱信号探测器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于超材料的肖特基型太赫兹多谱信号探测器，包括自下而上依次设置的衬底层、N型砷化镓层、二氧化硅层与超材料层、欧姆电极和肖特基电极；其中超材料层为具有周期性微纳米结构的金属开环共振单元阵列，金属开环共振单元阵列包含了多种图形及其特征尺寸参数，每个图形对于特定电磁波具有完全吸收特性，通过改变金属开环共振单元的结构和尺寸参数可以调控对应的电磁波吸收频段，通过改变N型砷化镓的耗尽层宽度可以调控超材料层中金属开环共振单元阵列的电磁波吸收强度。本实用新型专利技术具有多谱、高灵敏度和高速特性，通过选择不同金属开环共振单元结构并进行单片集成可以将探测器工作于太赫兹的多个波段。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术公开了一种基于超材料的肖特基型太赫兹多谱信号探测器，包括自下而上依次设置的衬底层、N型砷化镓层、二氧化硅层与超材料层、欧姆电极和肖特基电极；其中超材料层为具有周期性微纳米结构的金属开环共振单元阵列，金属开环共振单元阵列包含了多种图形及其特征尺寸参数，每个图形对于特定电磁波具有完全吸收特性，通过改变金属开环共振单元的结构和尺寸参数可以调控对应的电磁波吸收频段，通过改变N型砷化镓的耗尽层宽度可以调控超材料层中金属开环共振单元阵列的电磁波吸收强度。本技术具有多谱、高灵敏度和高速特性，通过选择不同金属开环共振单元结构并进行单片集成可以将探测器工作于太赫兹的多个波段。【专利说明】基于超材料的肖特基型太赫兹多谱信号探测器
本技术属于信号探测
，更具体地，涉及一种基于超材料的肖特基型太赫兹多谱信号探测器。
技术介绍
太赫兹探测在机场安检系统、通信、电子对抗和无损检测等众多领域都有着广泛地应用，常见的太赫兹探测器主要包括热探测器、肖特基二极管探测器。 在要求高速、高灵敏度、多谱信号探测的场合下，现有太赫兹探测器存在以下方面的问题:1、太赫兹探测器的谱成像装置仍需配置复杂的驱动或扫描机构，体积和质量大；2、太赫兹探测器响应速度较慢；3、太赫兹探测器的光谱探测范围不能轻易扩展。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本技术提供了一种基于超材料的肖特基型太赫兹多谱信号探测器，其目的在于，解决现有太赫兹信号探测器中存在的体积大、响应慢、光谱探测范围不能轻易扩展的技术问题。 为实现上述目的，按照本技术的一个方面，提供了一种基于超材料的肖特基型太赫兹多谱信号探测器，包括自下而上依次设置的衬底层、N型砷化镓层、二氧化硅层、超材料层、欧姆电极、和一对肖特基电极，欧姆电极和肖特基电极分别设置于超材料层的左右两端，超材料层与N型砷化镓层形成肖特基接触，超材料层包括多个可以以任意方式排列的金属开环共振单元阵列，且为具有周期性微纳米结构的金属层，金属开环共振单元阵列的金属开环共振单元开孔间距七=2?8“111,线宽(1 = 4?14 4 1]1,周期1^ = 36?100 μ m。 优选地，所述周期性微纳米结构的金属层包含了多种图形及其特征尺寸参数，其对于特定电磁波具有完全吸收特性。 优选地，衬底层的材料是半绝缘砷化镓、硅、或三氧化二铝。 优选地，欧姆电极的材料是镍、锗、以及金，其厚度分别为20-30nm、200-300nm和20_30nmo 优选地，肖特基电极的材料是钛和金，其厚度分别为20-30nm和200_250nm。 优选地，当超材料层用于电磁信号探测时，其周期性微纳米结构的周期应该远小于电磁信号的波长。 优选地，金属开环共振单元阵列的制作材料为钛和金，其厚度分别为20?30nm和200 ?250nm。 总体而言，通过本技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果: 1、本技术基于超材料的肖特基型太赫兹多谱信号探测器体积小:由于所述超材料的制作采用微纳米光刻工艺，在Imm2尺寸内可以集成数千个金属开环共振单元，将多种图形构成的金属开环共振单元阵列集成在一起，也只需要I?2cm2的空间，因此基于超材料的肖特基型太赫兹多谱信号探测器体积很小、重量很轻； 2、本技术基于超材料的肖特基型太赫兹多谱信号探测器响应速度较快:由于超材料层的金属开环共振单元具有完全吸收对应波段电磁信号的能力，一旦与对应太赫兹波段信号产生共振，其共振响应速度属于超高速响应，能够在极短时间内产生响应信号。 3、本技术基于超材料的肖特基型太赫兹多谱信号探测器只需要交流信号发生器等少量电子资源辅助其进行工作，从而节省了外围电路资源。 4、由于超材料层可以任意增加新的金属开环共振单元阵列，因此本技术提供了一种可根据实际需要扩展信号探测范围的能力，实现可灵活扩展的宽谱太赫兹探测。 【专利附图】【附图说明】 图1是本技术基于超材料的肖特基型太赫兹多谱信号探测器的纵向剖面示意图。 图2是本技术基于超材料的肖特基型太赫兹多谱信号探测器的俯视示意图。 图3是本技术超材料层的示意图。 图4是本技术的超材料层中金属开环共振单元阵列的结构示意图。 【具体实施方式】 为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。此外，下面所描述的本技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。 本技术的基本思路在于，本技术可根据所设计的金属开环共振单元对应的电磁共振频率集合，执行集合内任意波谱的切入和跳转，通过超材料层中的金属开环共振单元的电磁共振导致金属发热改变金属电阻率实现电磁波信号的能量收集，并通过外接交流信号将电阻率的变化提取出来，从而探测太赫兹信号。 本技术的一个方面在于提供一种基于超材料的肖特基型太赫兹多谱信号探测器，如图1所示，包括自下而上依次设置的衬底层1、N型砷化镓层2、二氧化硅层3、超材料层4、欧姆电极5和一对肖特基电极61和62。其中，N型砷化镓层2设置于衬底层I上面，二氧化硅层3设置于N型砷化镓层2上面，超材料层4设置于N型砷化镓层2上面，欧姆电极5设置于N型砷化镓层2上面，肖特基电极61和62设置于二氧化硅层3上面，欧姆电极5和一对肖特基电极6分别设置于超材料层4的左右两端。 超材料层4为具有周期性微纳米结构的金属层，所述周期性微纳米结构的金属层包含了多种图形及其特征尺寸参数，其对于特定电磁波具有完全吸收特性。 衬底层I可选用但不限于半绝缘砷化镓，还可以是硅、三氧化二铝等。 肖特基二极管的欧姆电极5可选用但不限于镍、锗、金，其厚度优选为20_30nm、200-300nm和20_30nm ；肖特基电极61和62可选用但不限于钛、金，其厚度优选为20_30nm和 200-250nm。 超材料层4由周期性微纳金属结构构成，其与N型砷化镓层2形成肖特基接触，具有对特定电磁波的完全吸收性能，可以通过调整周期性微纳金属结构的尺寸对其工作波段进行优化。 当超材料层4用于电磁信号探测时，超材料层4采用的周期性微纳米结构的周期应该远小于对应信号的波长，从而满足亚波长器件的实际工作性能。 如图2和3所示，超材料层4包括多个金属开环共振单元阵列41、42、43、44、45和46，应该理解图示的数量并不应被理解为限制该阵列的数量，该阵列的数量可以是大于或等于2的整数，其中金属开环共振单元阵列41?46的共振频率分别对应于一个特定的太赫兹波长。为了清晰地展示工作于太赫兹波段的超材料结构和特征尺寸参数，本实施例将超材料层4中的金属开环共振单元阵列41进行了放大，如图4所示。金属开环共振单元阵列41的金属开环共振单元制作材料为钛、金，厚度分别为20?30nm和200?250nm，与N型砷化镓层2形成肖特基接触，当工作于太赫兹波段时，开孔间距t = 2?8μπι，线宽d =4?14 μ m，周期L = 36?100 μ m，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于超材料的肖特基型太赫兹多谱信号探测器，包括自下而上依次设置的衬底层、N型砷化镓层、二氧化硅层、超材料层、欧姆电极、和一对肖特基电极，其特征在于，欧姆电极和肖特基电极分别设置于超材料层的左右两端，超材料层与N型砷化镓层形成肖特基接触，超材料层包括多个可以以任意方式排列的金属开环共振单元阵列，且为具有周期性微纳米结构的金属层，金属开环共振单元阵列的金属开环共振单元开孔间距t＝2～8μm，线宽d＝4～14μm，周期L＝36～100μm。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗俊，别业华，李维军，张新宇，佟庆，雷宇，桑红石，张天序，谢长生，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：新型
国别省市：湖北;42