一种基于超材料的太赫兹医学成像仪及其制作方法技术

本发明专利技术提供一种基于超材料的太赫兹医学成像仪及其制作方法，所述成像仪至少包括基于超材料的多频谱大阵列太赫兹探测器，所述太赫兹探测器包括：具有空腔的硅片基底；形成于所述硅片基底的正面的第一介质层；悬浮在所述空腔上的第二介质层和超材料太赫兹谐振子阵列；形成于所述第一介质层表面且与所述超材料太赫兹谐振子阵列电连的引线结构。本发明专利技术主要通过基于超材料的多频谱大阵列太赫兹探测器来探测从成像样品上反射或透射的太赫兹波，根据探测器的响应信号实现物体重构。该成像仪具有成像速度快，对生物体完全无害，分辨率高，能实现实时结构与功能成像，与现有的主流医学成像手段形成了良好的互补。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及医学成像
，特别是涉及一种基于超材料的太赫兹医学成像仪及其制作方法。
技术介绍
现有的医学成像手段主要有CT扫描成像、磁共振成像和正电子发射断层扫描成像等，这些成像手段没有一种是绝对完美的，都有各自的弊端。如CT扫描成像使用X射线，对人体伤害大；磁共振成像价格昂贵，且不适用于带有金属物品的病人；正电子发射断层扫描成像价格昂贵，且使用放射性物质，对人体伤害很大。而太赫兹波光子能量很低，比X射线光子弱107-108倍，辐射到生物组织不会引起任何的组织电离，对人体完全无害；同时太赫兹波具有很强的穿透性，可以穿透衣服、纸张、陶瓷、塑料等材料；加之很多生物大分子在太赫兹频段有特定的“指纹”。因此我们可以利用太赫兹技术来实现生物结构和功能的成像，形成对现有医学成像手段的有效互补。现有的太赫兹成像手段主要有基于THz-TDS的成像和基于红外的成像。基于THz-TDS成像的原理是通过THz-TDS获取成像样品的时域电场信号，再通过傅里叶变换得到电场的幅值和相位信息，进而还原出样品的形貌。这是一种逐点扫描成像的方法，成像速度较慢，对一个3cm×3cm的样品成像，为实现100um×100um的空间分辨率，大约需要30min。基于红外成像的太赫兹成像方法则是利用红外探测器在远红外区的“尾巴”对太赫兹波有一定的响应来实现的。但红外探测器对太赫兹波的吸收效率毕竟有限，因此响应很差。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于超材料的太赫兹医学成像仪及其制作方法，用于解决现有技术中医学成像手段不足的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种基于超材料的太赫兹医学成像仪，所述基于超材料的太赫兹医学成像仪至少包括基于超材料的多频谱大阵列太赫兹探测器，所述太赫兹探测器包括：硅片基底，所述硅片基底具有空腔；第一介质层，形成于所述硅片基底的正面；悬浮薄膜结构，悬浮在所述空腔上，所述悬浮薄膜结构包括第二介质层和形成于所述第二介质层表面的超材料太赫兹谐振子阵列；引线结构，形成于所述第一介质层表面且与所述超材料太赫兹谐振子阵列电连。优选地，所述太赫兹探测器的频谱响应范围为0.1-10THz。优选地，所述超材料太赫兹谐振子阵列中以太赫兹谐振子作为基本单元，所述太赫兹谐振子之间电气互连。优选地，所述超材料太赫兹谐振子阵列选用具有热电阻效应的金属材料。优选地，所述超材料太赫兹谐振子阵列的材料为铂、金、铜或者铬中的一种或多种的组合。优选地，所述超材料太赫兹谐振子阵列的厚度为10～5000nm。优选地，所述第一介质层和第二介质层之间设置有绝热槽。优选地，所述第一介质层和第二介质层的厚度均为10～5000nm，预应力为0.1～500MPA。优选地，在所述超材料太赫兹谐振子阵列及引线结构和介质层之间还有粘附层。本专利技术还提供一种基于超材料的太赫兹医学成像仪的制作方法，所述制作方法至少包括基于超材料的多频谱大阵列太赫兹探测器的制作，所述基于超材料的多频谱大阵列太赫兹探测器的制作步骤为：提供一硅片基底，在所述硅片基底的正面和背面生长介质层；利用光刻刻蚀工艺，刻蚀所述硅片基底背面的介质层，形成暴露所述硅片基底背面的开口；在所述硅片基底的正面形成金属超材料层，采用光刻刻蚀工艺图案化所述金属超材料层，形成超材料太赫兹谐振子阵列；在所述硅片基底的正面形成引线结构材料层，采用光刻工艺图案化所述引线结构材料层，再采用剥离工艺或刻蚀工艺形成引线结构，所述引线结构与所述超材料太赫兹谐振子阵列电连；采用光刻刻蚀工艺刻蚀正面介质层，形成暴露所述硅片基底正面的绝热槽，所述绝热槽将所述介质层划分为第一介质层和第二介质层，所述第一介质层表面为引线结构，所述第二介质层表面为超材料太赫兹谐振子阵列；从所述硅片基底背面的所述开口或者从所述硅片基底正面的所述绝热槽释放结构，使所述第二介质层及其表面的所述超材料太赫兹谐振子阵列形成悬浮薄膜结构。优选地，采用硅腐蚀液从所述硅片基底背面的所述开口或者从所述硅片基底正面的所述绝热槽释放结构，释放时间范围为1～48小时。优选地，所述硅腐蚀液浓度为1～60wt％，温度为30～100℃，转子转速0～5000r/min。优选地，从所述硅片基底背面的所述开口或者从所述硅片基底正面的所述绝热槽释放结构后，通过高挥发性吸水液体吸水晾干。优选地，所述硅腐蚀液为TMAH、KOH或者EDP。优选地，所述高挥发性吸水液体为无水甲醇或无水乙醇。如上所述，本专利技术的基于超材料的太赫兹医学成像仪及其制作方法，具有以下有益效果：1、太赫兹波是一种穿透性强、光子能量低的电磁波，可以穿透衣服、纸张、陶瓷、塑料等材料，辐射到生物体时对生物无害。2、超材料是一种频率可调，电磁性质可控的人工复合结构，可以通过调节超材料的尺寸可以精密控制其谐振频率。3、本专利技术提出的基于超材料的太赫兹医学彩色成像仪设计制作方法，可以根据所需匹配的频率点来设计太赫兹探测器，最终实现快速、清晰的彩色实时结构功能成像，可以极大程度地弥补现有医学成像手段的不足，极具现实意义。附图说明图1为本专利技术一个实例的单频带超材料太赫兹吸收阵列电磁仿真结果。图2为本专利技术一个实例的三频带超材料太赫兹吸收阵列电磁仿真结果。图3为本专利技术一个实例的单频带超材料太赫兹探测器单个像素示意图。图4为本专利技术一个实例的三频带超材料太赫兹探测器单个像素示意图。图5为本专利技术一个实例的单频带超材料太赫兹探测器单个像素对2.5THzQCL源不同输入功率下的响应曲线；左上角小图中实线与虚线分别表示单个像素在0.5Hz和0.8HzQCL源调制频率下的响应曲线。图6a～图6g为本专利技术一个实例的基于超材料的多频谱大阵列太赫兹探测器的制作工艺流程。图7为本专利技术一个实例的成像系统简易示意图。元件标号说明1硅片基底101空腔2介质层201第一介质层202第二介质层3超材料太赫兹谐振子阵列4引线结构5太赫兹波6成像样品7太赫兹棱镜8基于超材料的多频谱大阵列太赫兹探测器9数字万用表10PC端11绝热槽具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于超材料的太赫兹医学成像仪，其特征在于，所述基于超材料的太赫兹医学成像仪至少包括基于超材料的多频谱大阵列太赫兹探测器，所述太赫兹探测器包括：硅片基底，所述硅片基底具有空腔；第一介质层，形成于所述硅片基底的正面；悬浮薄膜结构，悬浮在所述空腔上，所述悬浮薄膜结构包括第二介质层和形成于所述第二介质层表面的超材料太赫兹谐振子阵列；引线结构，形成于所述第一介质层表面且与所述超材料太赫兹谐振子阵列电连。

【技术特征摘要】
1.一种基于超材料的太赫兹医学成像仪，其特征在于，所述基于超材料的太赫兹医学成像仪
至少包括基于超材料的多频谱大阵列太赫兹探测器，所述太赫兹探测器包括：
硅片基底，所述硅片基底具有空腔；
第一介质层，形成于所述硅片基底的正面；
悬浮薄膜结构，悬浮在所述空腔上，所述悬浮薄膜结构包括第二介质层和形成于所述
第二介质层表面的超材料太赫兹谐振子阵列；
引线结构，形成于所述第一介质层表面且与所述超材料太赫兹谐振子阵列电连。
2.根据权利要求1所述的基于超材料的太赫兹医学成像仪，其特征在于：所述太赫兹探测器
的频谱响应范围为0.1-10THz。
3.根据权利要求1所述的基于超材料的太赫兹医学成像仪，其特征在于：所述超材料太赫兹
谐振子阵列中以太赫兹谐振子作为基本单元，所述太赫兹谐振子之间电气互连。
4.根据权利要求3所述的基于超材料的太赫兹医学成像仪，其特征在于：所述超材料太赫兹
谐振子阵列选用具有热电阻效应的金属材料。
5.根据权利要求4所述的基于超材料的太赫兹医学成像仪，其特征在于：所述超材料太赫兹
谐振子阵列的材料为铂、金、铜或者铬中的一种或多种的组合。
6.根据权利要求3所述的基于超材料的太赫兹医学成像仪，其特征在于：所述超材料太赫兹
谐振子阵列的厚度为10～5000nm。
7.根据权利要求1所述的基于超材料的太赫兹医学成像仪，其特征在于：所述第一介质层和
第二介质层之间设置有绝热槽。
8.根据权利要求1所述的基于超材料的太赫兹医学成像仪，其特征在于：所述第一介质层和
第二介质层的厚度均为10～5000nm，预应力为0.1～500MPA。
9.根据权利要求1所述的基于超材料的太赫兹医学成像仪，其特征在于：在所述超材料太赫
兹谐振子阵列及引线结构和介质层之间还有粘附层。
10.一种如权利要求1～9任一项所述基于超材料的太赫兹医学成像仪的制作方法，其特征在

\t于，所述制作方法至少包括基于超材料的多频谱大阵列太赫兹探测器的制作，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶虎，周志涛，黎华，史之峰，陈亮，毛颖，曹俊诚，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31