基于石墨烯膜的激光直写式手性太赫兹超材料制备方法技术

本发明专利技术公开了基于石墨烯膜的激光直写式手性太赫兹超材料制备方法，具体涉及太赫兹超材料技术领域，包括石墨烯膜，通过激光直写的加工方式直接在石墨烯膜上进行刻蚀，从而制得所需要的图形，所制得的超材料在微波阶段和THz波段能够对光进行有效的调控。本发明专利技术采用激光直写技术直接将石墨烯薄膜加工出想要的形状，且该过程无需掩膜版，制备工艺简单，加工时间短，适合大面积高通量器件量化加工生产。适合大面积高通量器件量化加工生产。适合大面积高通量器件量化加工生产。

【技术实现步骤摘要】
基于石墨烯膜的激光直写式手性太赫兹超材料制备方法


[0001]本专利技术涉及太赫兹超材料
，具体涉及基于石墨烯膜的激光直写式手性太赫兹超材料制备方法。

技术介绍

[0002]手性通常可以描述为物体不能通过旋转、平移等操作来与其镜像结构重合的集几何特性，就如同我们的右手和左手，它们就互为镜像结构但是又无法重合。小到原子，大到星系，自然界中到处都存在着手性结构。手性结构往往会出现圆二色性(CD)，这是一种奇特的光学手性效应，(CD)主要定义为结构对于左旋圆偏振光(LCP)和右旋圆偏振光(RCP)的吸收差。
[0003]与二维柔性THz超材料相比，三维柔性THz超材料具备工作频带宽，吸收率高、极化不敏感等优势。但是目前常用的微纳制造工艺仅适用于制备二维柔性太赫兹超材料微结构，因此难以实现微观/宏观的三维跨尺度制造。三维超材料制造工艺手段的缺乏已成为太赫兹超材料尤其是柔性太赫兹超材料创新发展的瓶颈，制约着复杂结构、多功能柔性太赫兹超材料结构器件的实现。
[0004]近几年来兴起了一种超精密的加工技术——激光直写技术，其能够借助激光直接在具有感光图层的基片上直接产生图案信息，相对于传统的制备图案化薄膜的加工方式，该技术不需要制备掩模版，同时也省去了图形转写、套刻的过程。
[0005]专利技术人发现现有技术中至少存在如下问题：目前传感领域纳米尺寸结构的加工需求逐渐从二维结构转向三维结构，从简单材料转向复杂材料，从简单结构转向复杂大面积结构的发展趋势。现有工艺中，在基底上制备图案化薄膜的方法一般有两种：一种是先在基底上制备薄膜，再制备掩膜，通过腐蚀、刻蚀等方法制作出薄膜图案；另外一种是先在基底上制备图案，再沉积薄膜，通过剥离等方法将图案转移到基底上。两种方法基本上都会用到2
‑
3个工艺步骤，流程繁琐。上述两种制备方法中都会用到镀膜和光刻两种工艺。其中镀膜的方法有电子束蒸发、磁控溅射、热蒸发、电镀等。这些镀膜设备都比较昂贵，并且镀膜源和待镀膜基底的距离大多比较大，蒸发源的利用率比较低；而电镀的方法会产生大量污染环境的废液，需要做进一步环保处理。因此传统镀膜方法成本都比较高。另外，传统的镀膜以及光刻工艺都会受到尺寸的限制，特别是光刻设备，一般最大能容纳的基底尺寸为6
‑
8英寸，同时对于小于1cm的基底在操作上也存在很大的难度，因此采用传统方案制作图案化薄膜的基底会有尺寸上的限制。

技术实现思路

[0006]为此，本专利技术提供基于石墨烯膜的激光直写式手性太赫兹超材料制备方法，采用激光直写技术直接将石墨烯薄膜加工出想要的形状，且该过程无需掩膜版，制备工艺简单，加工时间短，适合大面积高通量器件量化加工生产，以解决
技术介绍
中提出的问题。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：基于石墨烯膜的激光直写式手性
太赫兹超材料制备方法，该超材料结构包括石墨烯膜，通过激光直写的加工方式直接在石墨烯膜上进行刻蚀，从而制得所需要的图形，所制得的超材料在微波阶段和THz波段能够对光进行有效的调控。
[0008]优选的，所述的石墨烯膜为单层且厚度为20μm～300μm。
[0009]优选的，所述的石墨烯膜为单层且厚度为20μm。
[0010]优选的，所述的石墨烯膜为单层且厚度为70μm。
[0011]优选的，所述的石墨烯膜为单层且厚度为90μm。
[0012]优选的，所述的石墨烯膜为单层且厚度为300μm。
[0013]优选的，所述激光直写加工过程的具体步骤包括：
[0014]S1、首先用计算机产生设计的微光学元件或待制作的VLSI掩摸结构数据；
[0015]S2、将S1中得到的数据转换成直写系统控制数据，再传输到DMD芯片中，由计算机控制高精度激光束在光刻胶上直接扫描曝光；
[0016]S3、经显影和刻蚀将设计图形传递到基片上。
[0017]优选的，所述步骤S2中，加工采用波长为350μm～550μm的激光器，扫描频率为50KHz～200KHz，脉冲宽度为1ps～10ps。
[0018]所述步骤S2中，加工采用波长为350μm的激光器，扫描频率为50KHz，脉冲宽度为1ps。
[0019]优选的，所述步骤S2中，加工采用波长为515μm的激光器，扫描频率为100KHz，脉冲宽度为1.5ps。
[0020]所述步骤S2中，加工采用波长为550μm的激光器，扫描频率为200KHz，脉冲宽度为10ps。
[0021]优选的，所述步骤S2中，激光直写加工用到的激光直写系统包括激光器、声光调制器、投影光刻物镜、CCD摄像机、显示器、照明光源、工作台、调焦装置、激光干涉仪以及控制计算机，待镀样品放置于工作台上。
[0022]优选的，所述激光加工得到的图形结构是一个v型槽，所述v型槽左右两边槽刻蚀的深度不同。
[0023]优选的，所述v型槽左边的深度为0μm～100μm,右边深度为20μm～150μm。
[0024]优选的，所述v型槽左边的深度为10μm,右边深度为30μm。
[0025]优选的，所述v型槽左边的深度为100μm,右边深度为150μm。
[0026]优选的，所述v型槽左边的深度为70μm,右边深度为35μm。
[0027]优选的，所述v型槽左右两边形成的夹角度数为20
°
～160
°
。
[0028]优选的，所述v型槽左右两边形成的夹角度数为20
°
。
[0029]优选的，所述v型槽左右两边形成的夹角度数为40
°
。
[0030]优选的，所述v型槽左右两边形成的夹角度数为48
°
。
[0031]优选的，所述v型槽左右两边形成的夹角度数为100
°
。
[0032]优选的，所述v型槽左右两边形成的夹角度数为160
°
。
[0033]优选的，所述v型槽左右两边的长度相同，长度为100μm～300μm，宽度为50μm～150μm。
[0034]优选的，所述v型槽左右两边的长度相同，长度为100μm，宽度为50μm。
[0035]优选的，所述v型槽左右两边的长度相同，长度为230μm，宽度为100μm。
[0036]优选的，所述v型槽左右两边的长度相同，长度为250μm，宽度为120μm。
[0037]优选的，所述v型槽左右两边的长度相同，长度为300μm，宽度为150μm。
[0038]优选的，激光直写的过程可以一次或多次完成。
[0039]有益效果
[0040]1、与以往的金属超材料不同，本专利技术使用的材料是一层石墨烯膜，再通过激光直写的加工方式直接在石墨烯膜上进行刻蚀，从而得到所设计的形状，所制得的超材料可以在微波阶段和THz波段对光进行有效的调控，并且具有良好的手性效果，结构的手性CD值能达到0.451，且流程本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于石墨烯膜的激光直写式手性太赫兹超材料制备方法，其特征在于：该超材料结构包括石墨烯膜，通过激光直写的加工方式直接在石墨烯膜上进行刻蚀，从而制得所需要的图形，所制得的超材料在微波阶段和THz波段能够对光进行有效的调控。2.根据权利要求1所述的基于石墨烯膜的激光直写式手性太赫兹超材料制备方法，其特征在于：所述的石墨烯膜为单层且厚度为20μm～300μm。3.根据权利要求1所述的基于石墨烯膜的激光直写式手性太赫兹超材料制备方法，其特征在于：所述激光直写加工过程的具体步骤包括：S1、首先用计算机产生设计的微光学元件或待制作的VLSI掩摸结构数据；S2、将S1中得到的数据转换成直写系统控制数据，再传输到DMD芯片中，由计算机控制高精度激光束在光刻胶上直接扫描曝光；S3、经显影和刻蚀将设计图形传递到基片上。4.根据权利要求3所述的基于石墨烯膜的激光直写式手性太赫兹超材料制备方法，其特征在于：所述步骤S2中，加工采用波长为350μm～550μm的激光器，扫描频率为50KHz～200KHz，脉冲宽度为1ps～10ps。5.根据权利要求3所述的基于石墨烯膜的激光直写式手性太赫兹超材料制备方法，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱维，张博涵，鲍麒，汪胜祥，
申请(专利权)人：武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：