一种高透射率平板型左手材料制造技术

一种高透射率平板型左手材料，属于电子材料技术领域。包括依附于衬底而存在的、由金属-介质-金属三层复合薄膜形成的网格状图形结构，每个网格中具有一个同样依附于衬底而存在的、由金属-介质-金属三层复合薄膜形成的对称方环图形结构。本发明专利技术由对称方环阵列和对称方格网交错在一起形成新型方环-类渔网结构，电性质和磁性质分别由两个不同的个体（对称方环阵列和对称方格网）决定，所以其电、磁参数可以比传统渔网结构相对独立、灵活地调节；其投射率可达90%以上，且对垂直入射电磁波具有极化不敏感性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电子材料
，特别涉及一种同时具有高透射率、极化不敏感特性和小特征尺寸的左手材料。
技术介绍
从2000年史密斯等对左手材料的实验证实到2003年美国《科学》期刊把左手材料评为当代十大科学技术进展之一，短短几年时间内，左手材料受到了相关领域的科学家和其它科研工作者广泛关注并涌现了大量研究成果。左手材料因电磁波在其中传播时电场、磁场和波矢量方向呈左手定则关系而得名。正是由于这种左手特性，使得左手材料呈现出许多不同于常规材料的奇异电磁现象，比如反常多普勒现象、反常切伦科夫辐射现象、负折 射率现象等超常物理性质。这些超常物理性质使左手材料极具应用价值。比如将左手材料应用于天线设计，可以得到高増益、方向性强等优异性能的天线；用其设计的“完美透镜”能突破光的衍射极限，生成比所用光波的波长更加精细的图像，有利于大幅提高目前光刻技术精度而很好地工作在纳米尺度；将左手材料用于太阳能电池，可以大幅度提高电池对太阳能的吸收效率；此外，在传感器、滤波器、相移器以及隐身领域都有广阔的前景。近年来，左手材料研究主要是集中在红外和可见光波段。代表作品是经典的渔网结构，它有非常好的性能和简单的制备エ艺。但是，这种设计，类似于开ロ环结构，具有明显的极化依赖性，这是在一些应用当中不可接受的，比如基于各向同性左手材料的完美透镜。为了获得极化不依赖性，有些研究者尝试采用对称图形去优化渔网结构，比如方形或圆形洞、方角或倒角的十字逢。不幸的是，在相同的工作波长，相对于具有极化依赖性的矩形洞阵列，这种结构透射性质发生实质性的下降。为了获得対称性，人们必须用更宽的金属条替换窄的金属条。这种替换引入了更大体积分数的金属，它们导致了有效电等离子频率的蓝移(这也可以从洞波导的观点定量地用截至波长来解释)。相应地，阻抗失配就发生了，导致更多的反射损耗，它是透射性质衰减的主要原因。为了找回阻抗，ー个直接的思想就是通过扩大缝隙尺寸去红移电等离子频率。同时，为了保持住磁共振频率不变，扩大周期也是必要的，但是因为“磁性原子”密度的减小，磁导率又相应地明显衰减以至于阻抗失配仍然存在，并且透射性质不能实质性地改善。总之，电成分和磁成分之间的依赖性阻止了具有对称图形的渔网表现出高的透射率。最近，ー种改善的具有极化不敏感特性的具有高品质因数的渔网结构被制备出来，他们利用的是第二阶磁共振，随着扩大缝隙和周期，ニ阶共振会变得比第一阶磁共振还强。但是，在另一方面，这种大的周期让渔网变得更像光子晶体，它通常工作在它们的“布拉格区”，这周期通常是导行波波长的一半也就是λΑΓ2.ο，而不是超材料。对于有效均匀媒质近似，在其中更大的波长与周期的比例是更可靠的。事实上，在对称渔网结构中大多数的比例值都是少于2. O的。这归咎于截至波长(有效电等离子频率)对周期的比例为2. O的限制。当然，波长对周期的这种比例可以通过使磁共振发生在比截至波长大得多的地方而设计得更大，但是我们会面临阻抗失配。本专利技术首先开发出了一种新的左手材料，它由细线网状结构和方环对阵列构成，可同时表现出高的透射、极化不依赖性和小的周期。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种在红外波段(2 μ πΓ25 μ m)具有高透射(>90%)、极化不敏感和具有小特征尺寸的平板型左手材料，这种左手材料具有类似于渔网的简单结构，较为容易地向三维方向发展。本专利技术技术方案如下一种高透射率平板型左手材料，如图f 3所示，包括依附于衬底而存在的、由金属-介质-金属三层复合薄膜形成的网格状图形结构，每个网格中具有一个同样依附于衬底而存在的、由金属-介质-金属三层复合薄膜形成的对称方环图形结构。上述技术方案中，所述金属-介质-金属三层复合薄膜的金属材料为金(Au)或银(Ag),介质材料为硫化锌(ZnS)或硒化锌(ZnSe)。如图2、3所示，本专利技术提供的高透射率平板型左手材料，在2 μ πΓ25 μ m的红外波段范围内，其中各项尺寸參数范围为金属层厚度t在O. 03 μ m^O. 15 μ m之间；介质层厚度d在O. ΙΟμπΓΟ. 30 μ m之间；单个网格边长(也是单元图形边长)a在O. 40μπΓ5. Ομπι之间；单个对称方环边长L在O. 25μπΓ3. Ομπι之间；网格状图形线宽Wn在O. ΙμπΓΟ. 6μπι之间；对称方环线宽W在O. ΙμπΓ . 5μπ 之间。本专利技术提供的高透射率平板型左手材料，由对称方环阵列和对称方格网交错在一起形成新型结构(这里称之为方环-类渔网结构)。其中对称方格网(类渔网)在其有效等离子频率以下提供负的有效介电常数，而对称方环阵列因磁共振而提供负的有效磁导率。本专利技术提供的高透射率平板型左手材料，因为电性质和磁性质分别由两个不同的个体(对称方环阵列和对称方格网)决定，所以其电、磁參数可以比传统渔网结构相对独立、灵活地调节。高的透射便可以基于广义阻抗匹配设计实现，极化不敏感特性是基于対称的周期图形，小的特征尺寸是基于方环图形比实心的贴片具有更大的磁共振波长。本专利技术具有如下突出优点I、本专利技术提供的高透射率平板型左手材料，因为电性质和磁性质分别由两个不同的个体(对称方环阵列和对称方格网)决定,所以其电、磁參数可以比传统渔网结构相对独立、灵活地调节。2、本专利技术提供的高透射率平板型左手材料，测试结果证明具有90. 2%的超高透射率(超过90%可以称为完美透射)。3、本专利技术提供的高透射率平板型左手材料，因为具有対称的图形结构，所以对垂直入射电磁波具有极化不敏感性。4、本专利技术提供的高透射率平板型左手材料，具有小尺寸特性，波长与单元周期比为3. O，反演出的电磁參数可靠性高。附图说明图I为本专利技术提供的高透射率平板型左手材料平面结构示意图。图2为本专利技术提供的高透射率平板型左手材料中金属-介质-金属三层复合薄膜结构示意图。图3为本专利技术提供的高透射率平板型左手材料中单元图形(周期)结构示意图。图4(a)和(b)分别为本专利技术所述左手材料的仿真散射參数S的幅值(Magnitude)和相位(Phase), (c)和(d)分别是反演的折射率(Refractive Index)和相应的品质因数(Figure of Merit)，其中η是有效折射率实部，κ是消光系数。图4(a)的纵坐标为散射參数S的幅值(Magnitude of S),图4 (b)的纵坐标为散射參数S的相位(Phase of S),图4(c)的纵坐标为折射率(RefractiveIndex),图4(d)的纵坐标为品质因数(Figure ofMerit),图4(a) 图4(d)的横坐标均为波长(Wavelenth)。图5为本专利技术提供的具有三种不同方环线宽的左手材料电磁參数图(a)和相应透射图(b)。图5(a)和图5(b)的纵坐标分别为电磁參数(Simulated Parameters)和投射率1I'ransmissionノ。 具体实施例方式实施例I一种高透射率平板型左手材料，如图f 3所示，包括依附于衬底而存在的、由金属-介质-金属三层复合薄膜形成的网格状图形结构，每个网格中具有一个同样依附于衬底而存在的、由金属-介质-金属三层复合薄膜形成的对称方环图形结构。其中，所述金属-介质-金属三层复合薄膜的金属材料为银(Ag),介质材料为硫化锌(Z本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高透射率平板型左手材料，包括依附于衬底而存在的、由金属?介质?金属三层复合薄膜形成的网格状图形结构，每个网格中具有一个同样依附于衬底而存在的、由金属?介质?金属三层复合薄膜形成的对称方环图形结构。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邓龙江，程登木，陈海燕，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：