【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电磁波与新型人工电磁材料领域，具体涉及实现三态转换功能的介质超表面及其制备方法。
技术介绍
1、太赫兹通信，与传统的无线通信不同，它工作在太赫兹频段，有较高的数据传输速率。太赫兹频段的频段较宽，且大部分尚未被分配使用，因此太赫兹通信有具有广泛的应用前景。
2、包括太赫兹通信在内的大多数电磁传感器或者天线等设备，通常需要使用天线罩来保护这些设备免受外部环境的影响。一般来说，天线罩在天线的工作频率上是完全透明的。然而，在某些情况中，天线不需要一直发射或接收信号，例如，天线需要保护免受电磁威胁，此时需要天线对探测器隐身。在这种情况下，可以通过天线罩反射或吸收电磁波，使天线罩内的天线或传感器对探测器隐身。在这种情况下，可以通过天线罩反射或吸收电磁波，使天线罩内的天线或传感器对探测器隐身。而具有动态切换功能的天线罩，可以将传输、反射或吸收的功能集成在一个器件上，只需要对器件的状态进行控制调节，就可以在单个器件上实现三种状态之间的切换，极大地简化了可调控天线罩的设计复杂度。
3、超表面可实现对电磁波偏振、振幅、相位、极化方式、传播模式等特性的灵活有效调控。并且大多数情况下由人工亚波长单元结构阵列组成，具有低轮廓，轻重量和易于使用的优点。超表面一般可以分为三种不同的类型，反射型、透射型和吸收型。因此，在单个超表面中集成这三个功能是一项具有挑战性的任务，值得解决。目前在微波波段，已经提出了在具有亚波长的多层结构中装配二极管等可调节元器件，通过调节电响应和磁响应之间的匹配来来实现三种状态的切换。但是在太赫兹波
技术实现思路
1、专利技术目的：针对目前实现三态(高透射状态，高吸收状态，高反射状态)转换的电磁超表面基本为微波波段，为了实现太赫兹波段的三态转换，可作为太赫兹通信的天线罩，本专利技术提供了一种基于硅与相变材料二氧化钒的太赫兹超表面单元与超表面。
2、本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
3、第一方面，本专利技术提供了一种基于硅与相变材料的三态转换功能超表面单元，包括：谐振层，相变材料层和十字形横梁；所述相变材料层位于谐振层上方。
4、所述谐振层为硅圆柱结构，相变材料层为二氧化钒薄膜。
5、优选地，谐振层硅圆柱直径184微米，高度82微米。
6、优选地，相变材料层二氧化钒薄膜厚度0.2微米。
7、优选地，十字形横梁梁宽8微米，固定连接单元结构。
8、第二方面，本专利技术提供了一种实现三态转换功能的介质超表面，包括：多个呈矩阵排列的超表面单元结构，所述超表面单元结构为如上所述的基于硅与相变材料的三态转换功能超表面单元。
9、本专利技术提供的基于硅与相变材料的三态转换功能超表面单元，通过优化谐振层结构参数：半径与高度，使得结构中的两个的偶极子模式，奇模(he111)与偶模(eh111)耦合，从而使单元结构处于三态转换功能中的高透射状态。相变材料层二氧化钒薄膜通过加热可为单元结构在谐振处提供少量材料损耗，当材料损耗与辐射损耗(与圆柱半径和高度有关)相等时，则可实现三态转换功能中的高吸收状态。进一步加热相变材料层二氧化钒薄膜，使二氧化钒处于金属态，则可实现三态转换功能中的高反射状态。
10、第三方面，本专利技术提供了一种制备如上所述介质超表面的方法，包括以下步骤：
11、1.清洗硅片：清洗绝缘衬底上的硅片(silicon-on-insulator，简称soi)衬底；
12、2.旋涂光刻胶：在所述soi衬底表面旋涂光刻胶并烘烤；
13、3.紫外曝光与显影：在光刻机上放置已旋涂光刻胶的soi衬底，并与掩模版对准，所述掩模版的结构为圆柱结构，曝光完后用显影液进行显影，然后进行坚膜；
14、4.刻蚀soi衬底：使用深硅刻蚀工艺在soi衬底上刻蚀出圆柱结构，用丙酮清洗残留的光刻胶，用酒精和去离子水清洗后烘干；
15、5.旋涂两层光刻胶：在所述soi衬底背面，依次旋涂两层光刻胶；
16、6.重复所述步骤(3)，但所使用掩模版的结构为方框结构；
17、7.重复所述步骤(4)，将soi衬底剩下部分全部刻蚀去除；
18、8.释放结构：使用缓冲氧化物刻蚀液，将soi衬底残留的二氧化硅层刻蚀掉，最终获得圆柱结构阵列超表面；
19、9.制备二氧化钒薄膜：将二氧化钒溅射在石英表面，随后通过缓冲氧化物刻蚀液将二氧化硅层释放，得到二氧化钒薄膜；转移薄膜：将一整层二氧化钒薄膜转移至步骤(8)得到的圆柱结构阵列上；
20、10.去除镂空位置二氧化钒：利用激光扫描带有一整层二氧化钒薄膜超表面的圆柱面，从而高温去除镂空部分的二氧化钒，最终获得能够实现三态转换功能的超表面。
21、有益效果：本专利技术公开了一种实现太赫兹波段三态(高透射状态，高吸收状态，高反射状态)转换的介质超表面单元结构与超表面，在太赫兹波段可以实现不同温度下超表面处于高透射，高吸收与高反射状态，突破了仅可两个状态之间转换的传统太赫兹超表面，实现了三态转换，可在太赫兹通信中作为天线罩，实现电磁保护功能。此外，与微波波段的三态转换超表面相比，仅需一层介质结构即可实现。
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1.一种基于硅与相变材料的三态转换功能超表面单元，其特征在于，包括：谐振层、相变材料层和十字形横梁；所述相变材料层位于所述谐振层的上表面，并且不同单元结构之间有十字形横梁连接。
2.根据权利要求1所述的基于硅与相变材料的三态转换功能超表面单元，其特征在于，所述谐振层为圆柱结构，高度82微米，直径184微米。
3.根据权利要求1所述的基于硅与相变材料的三态转换功能超表面单元，其特征在于，所述相变材料层为二氧化钒薄膜层，厚度200纳米。
4.根据权利要求1所述的基于硅与相变材料的三态转换功能超表面单元，其特征在于，所述十字形横梁梁宽8微米。
5.根据权利要求3所述的基于硅与相变材料的三态转换功能超表面单元，其特征在于，所述二氧化钒薄膜层的电导率对温度敏感。
6.一种实现三态转换功能的介质超表面，其特征在于，包括：多个呈矩阵排列的超表面单元结构，所述超表面单元结构为如权利要求1-5任一项所述的三态转换功能超表面单元。
7.根据权利要求6所述的实现三态转换功能的介质超表面，其特征在于，通过热台改变超表面的温度，能够实
8.一种制备如权利要求6所述介质超表面的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)清洗硅片：清洗绝缘衬底上的硅片衬底；(2)旋涂光刻胶：在所述硅片衬底表面旋涂光刻胶并烘烤；(3)紫外曝光与显影：在光刻机上放置已旋涂光刻胶的硅片衬底，并与掩模版对准，所述掩模版的结构为圆柱结构，曝光完后用显影液进行显影，然后进行坚膜；(4)刻蚀硅片衬底：使用深硅刻蚀工艺在硅片衬底上刻蚀出圆柱结构，用丙酮清洗残留的光刻胶，用酒精和去离子水清洗后烘干；(5)旋涂两层光刻胶：在所述硅片衬底背面，依次旋涂两层光刻胶；(6)重复所述步骤(3)，但所使用掩模版的结构为方框结构；(7)重复所述步骤(4)，将硅片衬底剩下部分全部刻蚀去除；(8)释放结构：使用缓冲氧化物刻蚀液将硅片衬底残留的二氧化硅层刻蚀掉，最终获得圆柱结构阵列超表面；(9)制备二氧化钒薄膜：将二氧化钒溅射在石英表面，随后通过缓冲氧化物刻蚀液释放，得到二氧化钒薄膜；(10)转移薄膜：将一整层二氧化钒薄膜转移至步骤(8)得到的圆柱结构阵列上；(11)去除镂空位置二氧化钒：利用激光扫描带有一整层二氧化钒薄膜超表面的圆柱面，从而高温去除镂空部分的二氧化钒，最终获得能够实现三态转换功能的超表面。
...【技术特征摘要】
1.一种基于硅与相变材料的三态转换功能超表面单元，其特征在于，包括：谐振层、相变材料层和十字形横梁；所述相变材料层位于所述谐振层的上表面，并且不同单元结构之间有十字形横梁连接。
2.根据权利要求1所述的基于硅与相变材料的三态转换功能超表面单元，其特征在于，所述谐振层为圆柱结构，高度82微米，直径184微米。
3.根据权利要求1所述的基于硅与相变材料的三态转换功能超表面单元，其特征在于，所述相变材料层为二氧化钒薄膜层，厚度200纳米。
4.根据权利要求1所述的基于硅与相变材料的三态转换功能超表面单元，其特征在于，所述十字形横梁梁宽8微米。
5.根据权利要求3所述的基于硅与相变材料的三态转换功能超表面单元，其特征在于，所述二氧化钒薄膜层的电导率对温度敏感。
6.一种实现三态转换功能的介质超表面，其特征在于，包括：多个呈矩阵排列的超表面单元结构，所述超表面单元结构为如权利要求1-5任一项所述的三态转换功能超表面单元。
7.根据权利要求6所述的实现三态转换功能的介质超表面，其特征在于，通过热台改变超表面的温度，能够实现二氧化钒电导率变化，从而实现太赫兹波段的高透射状态、高吸收状态和...
【专利技术属性】
技术研发人员：范克彬，杨凯南，朱凤婕，吴敬波，张彩虹，陈健，金飚兵，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：
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