[发明专利]一种硅基等离子体超宽频带太赫兹波吸收器

说明书

本发明公开了一种硅基等离子体超宽频带太赫兹波吸收器，所述太赫兹波吸收器包括呈周期性阵列排列的基本单元，基本单元具有正面呈正方形，所述正面具有凹陷的四棱锥，基本单元之间无缝连接，所述太赫兹波吸收器的材料是磷掺杂的n型硅片或者其他半导体材料。本发明提出的硅基等离子体超宽频带太赫兹波吸收器，通过向凹陷的结构设计，产生宽频等离子体谐振效应，增强了吸收率,同时大大提高了相对带宽，简化工艺流程，降低制作成本。

技术领域

本发明属于超材料及电磁功能材料技术领域，涉及一种太赫兹波吸收器，特别涉及一种硅基等离子体超宽频带太赫兹波吸收器。

背景技术

太赫兹波吸收器在高分辨率频谱成像、高数据速率短距离通信、材料分析、化学和生物传感以及太赫兹隐身等领域具有巨大的应用潜力。现阶段，人们利用超材料技术制备了各种太赫兹波吸收器，可实现单频带、多频带以及宽频带吸收。国内外研究的太赫兹波吸收器一般为“电谐振器-介质层-金属层”结构，其工作原理是对吸收电磁波的电和磁响应的微结构单元进行独立设计，产生局域的电磁共振，使其达到理想的阻抗匹配，从而实现对入射电磁波的理想吸收。这种太赫兹波吸收器虽然可以实现吸收率大于90％的强吸收，但工作频带窄。

目前实现多频与宽频带吸收的方法主要有两种，一种是在厚度方向上多层金属嵌套实现宽带吸收；另一种是在平面内将不同尺寸金属单元组合排列在一起构成超单元来实现宽带吸收。第一种方法虽然可以设计成宽带吸收器，但展宽频带有限，吸收率超过90％的相对带宽很难超过100％，另外工艺要求高，制备过程复杂，加工成本高，难以制备实现；第二种方法设计为三层结构，在工艺上容易实现，而且成本低，但是难以实现超宽带强吸收。

发明内容

针对现有技术的缺陷和需求，本发明提出了一种硅基等离子体超宽频带太赫兹波吸收器，其目的在于解决现有超材料太赫兹波吸收器带宽不足和吸收效率低的问题。

为实现上述目的，本发明提出了一种硅基等离子体超宽频带太赫兹波吸收器的基本单元，所述基本单元为正面呈正方形的长方体，所述正面具有凹陷的立体几何图形。

进一步地，所述立体几何图形是棱锥、圆锥、圆柱或者长方体。

进一步地，所述立体几何图形是四棱锥。

进一步地，所述基本单元的周期性长度(p)为50-300μm、厚度(t_s)为50-500μm，所述立体几何图形的缺口长度(l)为48-290μm、缺口深度(h)为25-250μm，所述立体几何图形的缺口长度(l)小于等于所述基本单元的周期性长度(p)，所述立体几何图形的缺口深度(h)小于所述基本单元的厚度(t_s)。

进一步地，所述棱锥或者所述圆锥的倾斜角度(α)≥20°。

更进一步地，所述基本单元的周期性长度(p)为200μm、厚度(t_s)为250μm，所述棱锥的缺口长度(l)为160μm、缺口深度(h)为160μm、倾斜角度(α)为54.74°。

进一步地，所述基本单元的材料是半导体。

更进一步地，所述半导体的生长取向为(100)、电阻率为0.01-0.8Ωcm。

再进一步地，所述半导体是磷掺杂的n型硅片或者硼掺杂的n型硅片。

一种硅基等离子体超宽频带太赫兹波吸收器，包括所述硅基等离子体超宽频带太赫兹波吸收器的基本单元，所述基本单元呈周期性阵列排列，所述基本单元之间无缝连接。