[发明专利]一种双层凹型结构太赫兹环偶极子超材料

权利要求书

1.一种双层凹型结构太赫兹环偶极子超材料，其特征是：超材料是由两个方向相反的凹型结构重复获得，在介质中和介质层上设置有对称排列的两层凹型结构的金属层；每层金属层的排列形状为：一排中相邻两个凹型的开口方向相反，上下排结构一致；以相邻两个凹型的几何中心为原点，中心对称的两个相反凹形金属结构均相距-5μm～30μm，并且凹形结构的外部长度和宽度分别为150μm～155μm和77μm～83μm，凹形结构内部的长和宽范围分别为92μm～132μm和68μm～51.5μm；厚度为0.2μm～0.6μm；所有凹形金属结构尺寸相同，距离相等；凹型结构的第一金属层与第一介质底层距离为3μm～10μm；第二介质层正反两侧排列的两排凹型结构的金属层的距离为15μm～30μm。

2.如权利要求1所述的双层凹型结构太赫兹环偶极子超材料，其特征是：以超材料相邻两个凹型的几何中心为原点，中心对称的两个相反凹形金属结构均相距0μm～20μm，并且凹形结构的外部长度和宽度分别为151μm～153μm和79μm～81μm，凹形结构内部的长和宽范围分别为100μm～128μm和67.5μm～54.5μm；厚度为0.3μm～0.5μm；凹型结构的第一金属层与第一介质底层距离为4μm～8μm；第二介质层正反两侧排列的两排凹型结构的金属层的距离为18μm～27μm。

3.一种如权利要求1或2所述的双层凹型结构太赫兹环偶极子超材料的制备方法，其特征在于，采用“介质-金属-介质-金属”的光刻法和真空热蒸镀法；包括如下步骤：

(1)第一层聚酰亚胺介质制备：使用甩胶机将聚酰亚胺酸涂在已经处理好的硅片上，将样品放入高温烘箱内进行薄膜的亚胺化；获得第一介质层；

(2)第一层金属制备：将光刻胶甩到制备的聚酰亚胺介质上，再将样品放入真空热板上预烘烤后聚酰亚胺介质上的光刻胶厚度为1～5μm；然后，将掩模板涂了胶的聚酰亚胺介质的正确位置对准；样品放在曝光机中，光刻胶压在结构掩模板下曝光；再将样品放入烤箱中烘烤，使光刻胶进行化学反应，以使曝光的图形均匀化；将烘烤后的样品置于显影液中显影，从显影液中取出然后冲洗吹干的样品放入烤箱中烘烤，使残留在样品上的显影液蒸发，固化光刻胶的图形；用真空热蒸镀的方法在光刻胶层表面镀上一层大于两倍趋肤深度的金属膜；无光刻胶的地方金属直接镀在介质层上，将蒸镀好的样品浸泡在丙酮溶液中，光刻胶溶解并将其上的金属带走，而直接镀在介质层上的金属则留下，形成金属图形阵列；此时获得的第一金属层是正反两个凹形金属交替排列的、多排的金属结构；所有正反的有凹形金属结构尺寸相同，距离相等；

(3)第二层聚酰亚胺制备：在与第一介质层位置对准一致，使用甩胶机将聚酰亚胺酸涂在已经制备完毕的第一金属层上，之后将样品放入高温烘箱内进行薄膜的亚胺化工艺，获得第二介质层；

(4)第二层金属制备：甩胶机将光刻胶甩到制备的第二介质层上，完成与步骤(2)一致的工艺步骤；获得与第一金属层一致的金属结构。

4.如权利要求3所述的方法，其特征是所述亚胺化工艺条件为：将涂好聚酰亚胺酸的硅片由室温加热至90～110℃，保持25～35min；加热至190～210℃，保持25～35min；加热至290～310℃，保持25～35min；最后，加热至330～365℃，并保持50～90min。

5.如权利要求3所述的方法，其特征是甩胶机以2500～3500rpm的速度转15～45秒。

6.如权利要求3所述的方法，其特征是样品放入真空热板上在110～120℃下加热3～8min。

7.如权利要求3所述的方法，其特征是样品放在曝光机中，光刻胶压在结构掩模板下曝光，曝光时间15～45秒。

8.如权利要求3所述的方法，其特征是样品放入烤箱中在110～120℃下烘烤3～8min。

9.如权利要求3所述的方法，其特征是样品置于显影液中显影15～45秒。

10.如权利要求3所述的方法，其特征是蒸镀的真空环境要高于5×10^-5mB，蒸镀速率7～15nm/s。