本发明专利技术公开了一种超薄金属膜太赫兹吸收层及其制备方法，该吸收层制备在太赫兹探测器敏感单元的顶层。所述超薄金属膜通过刻蚀减薄较大厚度的金属薄膜制备，在刻蚀减薄过程中调节工艺参数与刻蚀剂浓度分布，造成微区刻蚀速率差异，获得粗糙、多孔、黑化的超薄金属膜。刻蚀的方法有两种：一种是用反应离子刻蚀方法与干法刻蚀的后腐蚀现象将金属薄膜刻蚀为超薄金属膜，具有易控制反应过程与超薄金属膜厚度等优点；另一种是用湿法化学腐蚀方法将金属薄膜腐蚀为超薄金属膜，具有易控制超薄金属膜表面形貌与颜色等优点。粗糙、多孔、黑化的金属薄膜表面结构具有高表体比、低反射率的特点，有效增强太赫兹辐射的吸收性能和效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及太赫兹探测与成像
，具体涉及。
技术介绍
太赫兹(Terahertz, THz)波指频率介于O.1 IOTHz (波长3mnT30 m)的电磁福射，其电磁波谱位于微波和红外波段之间，因此，太赫兹系统兼顾电子学和光学系统的优势。长期以来，由于缺乏有效的THz辐射产生和检测方法，人们对于该波段电磁辐射性质的了解非常有限，以至于该波段被称为电磁波谱中的THz空隙。该波段也是电磁波谱中有待进行全面研究的最后一个频率窗口。近年来由于自由电子激光器和超快激光技术的发展，为THz脉冲的产生提供了稳定、可靠的激发光源，使THz辐射的产生机理、检测技术和应用技术的研究得到蓬勃发展。与其它波段的电磁波相比，THz电磁波具有如下独特特点①THz波的波长处于微波及红外光之间，因此在应用方面相对于其它波段的电磁波，如微波和X射线等，具有非常强的互补特征THz波的典型脉宽在亚皮秒量级，不但可以进行亚皮秒、飞秒时间分辨的瞬态光谱研究，而且通过取样测量技术，能够有效地防止背景辐射噪音的干扰THz波具有很高的时间和空间相干性，这一特点在研究材料的瞬态相干动力学问题时具有极大的优势；④THz波的光子能量低。频率为ITHz的电磁波的光子能量只有大约4meV，因此不会对生物组织产生有害的电离，适合于对生物组织进行活体检查。THz波的这些特点使其在物体成像、环境监测、医疗诊断、射电天文、宽带移动通讯、尤其是在卫星通讯和军用雷达等方面具有重大的科学价值和广阔的应用前景。太赫兹探测器是太赫兹技术应用的关键器件之一。在太赫兹探测器的开发和应用中，检测太赫兹信号具有举足轻重的意义。因为，一方面，与较短波长的光学波段电磁波相比，太赫兹波光子能量低，背景噪声通常占据显著地位；另一方面，随着太赫兹探测技术在各领域特别是军事领域中的应用的深入开展，不断提高接收灵敏度成为必然的要求。由于赫兹探测器探测单元中的热敏感薄膜对太赫兹波吸收很弱，使得太赫兹辐射信号检测的难度较大。传统的红外探测器，如微测辐射热计，对太赫兹的吸收仅为红外吸收的2 5%左右，甚至比器件材料的不均匀度还要低，故极难区分噪音与被检信号。因此，需要增加单独的太赫兹吸收层以增强探测器的吸收性能 。要求太赫兹吸收层的反射率低，与下层材料的粘附性要好。目前常用的太赫兹吸收材料为有机黑体、黑金和N1-Cr等。在这几种物质中，黑金的反射率最低，但它的粘附性不是很好。黑色树脂的反射率也比较低，但比较厚，而且热阻较大，可能会阻碍热量向敏感薄膜的传播。目前，超薄金属膜和多层膜在太赫兹波段光子器件和光电子器件中的应用得到了广泛关注，其重要应用之一就是作为THz探测器的吸收层与THz波段抗反射涂层。由于微尺度效应，超薄金属膜的光学/电学特性及其参数(折射率、消光系数、吸收系数、介电常数、电导率等)与块状材料显著不同。厚度低于50nm的金属或金属复合薄膜用作太赫兹吸收层时对探测器的热容影响很小，利于高响应速率探测单元的制作。N. Oda等报道了将金属薄膜用作太赫兹吸收层进行THz-QVGA探测器制备的研究(N. Oda, etc, “Development of Bolometer-type Uncooled THz-QVGA Sensorand Camera，，， The 34th International Conference on Infrared, Millimeter, andTerahertz Waves, Vol.1, 2009),由于热敏薄膜对太赫兹福射的弱吸收性,太赫兹吸收层是THz-QCGA与非制冷IRFPA在单元结构上的主要区别。通过调整薄膜电阻至适当值，可将太赫兹探测灵敏度提高 5 8 倍(N. Oda, etc, “Detection of Terahertz Radiationfrom Quantum Cascade Laser, Using Vanadium Oxide Microbolometer Focal PlaneArrays”，Proc. of SPIE, Vol. 6940，pp. 69402Y-1-69402Y-12，2008)。C. C. Ling等报道了对秘金属-介质复合膜系结构吸收太赫兹福射的研究(C. C. Ling, etc, “LargeArea Bolometers for THz Power Measurements，，， IEEE Transactions on MicrowaveTheory and Techniques, Vol. 42, pp. 758-760，2002)。这种结构中，40 150nm 的秘膜被蒸发制备在采用热生长与LPCVD方法制备的三层介质复合薄膜上。测试结果表明，制备有铋金属层的复合薄膜的太赫兹辐射吸收率比无铋金属层的相同介质薄膜提高了 60%。C. Bolakis等报道了一种制备在硅衬底上的太赫兹吸收薄膜堆栈结构，由介电布拉格反射镜和薄的铬金属膜组成，应用于双相材料太赫兹传感器(C. Bolakis, etc, “Design andCharacterization of Terahertz-Absorbing Nano-Laminates of Dielectric and MetalThin Films”，Optics Express, Vol. 18, pp. 14488-14495，2010)。复合薄膜结构吸收了 3 5THz内入射太赫兹辐射的20%。通过有限元建模优化铬金属薄膜的厚度，分析结果表明当金属薄膜厚度为9nm时,太赫兹福射吸收率可达到50%。F. Alves等研究了 Ni和Cr金属薄膜在 I IOTHz 内的太赫兹吸收率(F. Alves, etc, “Highly absorbing nano-scalemetal films for terahertz applications”， Optical Engineering, Vol. 51, pp.063801-1-063801-6, 2012)，通过控制金属薄膜厚度(2. 5 50 nm)，其太赫兹吸收率可达到47%，结果证明金属薄膜可用于太赫兹探测器的吸收层材料。M. Schossig等报道了NiCr合金薄膜用作热释电太赫兹探测器的吸收层与电极(M. Schossig, etc, “InfraredResponsivity of Pyroelectric Detectors with Nanostructured NiCr Thin-FilmAbsorber”，IEEE SENSORS JOURNAL, Vol. 10, pp. 1564-1565，2010)。采用热蒸发方法将吸收层与上电极一步沉积 ，调整沉积角度形成光学纳米棒结构的NiCr薄膜，制备的NiCr薄膜具有更低的折射率与反射率，获得更高的太赫兹吸收率。在这些文献报道中，太赫兹吸收层都采用蒸发、磁控溅射等传统的方法直接制备在探测单元表面上，制备的金属薄膜表面表体比较低，其太赫兹吸收性能有进一步提升的空间。国内关于太赫兹探测技术与太赫兹吸收层的研究与处于起步阶段。专利200910216064. 4公开了一种太赫兹波平面吸收材料，先在衬底表面制备连续金属本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种超薄金属膜太赫兹吸收层，其特征在于：所述太赫兹吸收层为表面粗糙、多孔、黑化的超薄金属膜；②所述太赫兹吸收层的厚度为20nm～300nm；③所述超薄金属膜吸收层位于太赫兹探测器敏感单元的顶层。2012105294498100001dest_path_image001.jpg
【技术特征摘要】
1.一种超薄金属膜太赫兹吸收层，其特征在于 ①所述太赫兹吸收层为表面粗糙、多孔、黑化的超薄金属膜； (g)所述太赫兹吸收层的厚度为20nm 300nm ； ③所述超薄金属膜吸收层位于太赫兹探测器敏感单元的顶层。2.根据权利要求1所述的超薄金属膜太赫兹吸收层，其特征在于太赫兹吸收层材料为金、秘、招、钛、NiCr或者上述金属中的任何具有合适性质的合金。3.一种超薄金属膜太赫兹吸收层的制备方法，其特征在于通过刻蚀减薄较大厚度的金属薄膜，制备出表面粗糙、多孔、黑化的超薄金属膜太赫兹吸收层。4.根据权利要求3所述的超薄金属膜太赫兹吸收层的制备方法，其特征在于在刻蚀减薄过程中调节工艺参数与刻蚀剂浓度分布，造成微区刻蚀速率差异，刻蚀减薄金属薄膜至所需厚度后获得粗糙、多孔、黑化的超薄金属膜。5.根据权利要求3所述的超薄金属膜太赫兹吸收层的制备方法，其特征在于所述刻蚀的方法为反应离子刻蚀法或湿法化学腐蚀法。6.根据权利要求5所述的超薄金属膜太赫兹吸收层的制备方法，其特征在于反应离子刻蚀法的步骤为 ①在太赫兹探测敏感单元的顶层制备较大厚度的金属薄膜； ②反应离子刻蚀金属薄膜为表面粗糙的超薄金属膜； ③利用干法刻蚀的后腐蚀现象使超薄金属膜表面被进一步腐蚀与粗糙化； ④清洗去除刻蚀后残留物。7.根据权利要求6所述的超薄金属膜太赫兹吸收层的制备方法，其特征在于反应离子刻蚀法的具体步骤为 ①在制备金属薄膜前，先清洗敏感单元顶层表面，去除表面沾污，并对衬底进行200°C下烘烤，除去表面的水汽； Φ采用蒸发或磁控溅射法制备金属薄膜，调节工艺参数，控制薄膜膜厚为20nnT300nm ； ③采用反应离子刻蚀法刻蚀金属薄膜为表面粗糙的超薄金属膜，刻蚀气体中刻蚀剂为BCl2和Cl2 ;中性气体N2或CH4，设置BCl2和Cl...
【专利技术属性】
技术研发人员：苟君，王军，黎威志，蒋亚东，吴志明，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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