[发明专利]一种二氧化硅—二氧化钒多级阵列结构及其制备方法

说明书

本发明公开了一种二氧化硅—二氧化钒多级阵列结构及其制备方法，以自组装微米尺寸二氧化硅球为模板，用磁控溅射加快速退火的方式制备二氧化钒薄膜，形成球面上及球缝隙中的二氧化钒阵列结构。本发明制备应用于太赫兹吸收器的二氧化硅—二氧化钒多级阵列结构，使顶层阵列和中间介质层的制备过程相结合，方法较为简单，控制的工艺条件较少，比光刻法成本低廉。

技术领域

本发明涉及一种二氧化硅—二氧化钒多级阵列结构的制备方法，特别涉及一种用于太赫兹吸收器的二氧化硅—二氧化钒多级阵列结构的制备方法。

背景技术

在电磁波谱中，红外波和毫米波之间的区域即0.1-10Thz的频率范围对应于太赫兹波段。近年来，随着超材料的研究深入和微纳米加工技术的发展，太赫兹超材料吸收器逐渐受到研究者们关注。这种太赫兹功能器件可以广泛应用于工业中质量检测，军事中隐身反侦察技术以及社会生活中的安全检查、环境监测等。

通常，太赫兹超材料吸收器具有三层结构，分别是顶层阵列图形、底部金属全反射层及中间介质层。其中，底部金属全反射层起完全阻隔透射作用；中间介质层作为谐振腔，让太赫兹波在其中多次反射后能量损耗殆尽；而顶层阵列图样为设计的重点，根据干涉相消理论，由于电磁波在空气-顶层结构表面进行反射和透射，透射部分会在吸收器结构内部发生多次反射不断衰减，最终被成功吸收。为了实现太赫兹波的动态吸收，研究者们尝试使用掺杂半导体、液晶和石墨烯等功能材料主动响应太赫兹波；为了实现宽带吸收，研究者们尝试了二维平面上的周期结构叠加，或者三维空间中的多层结构堆叠。但是，为了获得良好的宽带、动态调制性能，这些吸收器的研究都以结构的复杂性为代价，这势必会增加制备工艺的成本。我们知道，半导体-金属相变材料可以作为吸收器结构的顶层和中间层，与底部金属层共同组成超材料，在没有外界激励时，半导体不发生太赫兹辐射响应，加入激励后半导体材料逐渐金属化并发生谐振响应，导致超材料等效结构产生变化。因此主动相变材料使得太赫兹吸收的动态调控成为了可能。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供一种二氧化硅—二氧化钒多级阵列结构的制备方法，解决现有技术中太赫兹吸收器结构复杂，工艺成本高的问题。

本发明的技术方案为：

一种二氧化硅—二氧化钒多级阵列结构的制备方法，包括以下步骤：

(1)蓝宝石基底的清洗：

将蓝宝石基片依次放入去离子水、无水乙醇以及丙酮中，分别超声清洗；再用去离子水洗净，并放入恒温干燥箱中烘干，以备后用；

(2)周期式SiO2球的制备：

将步骤(1)清洗干净的基片放置于称量瓶底部，在称量瓶中缓慢注入去离子水至容积的一半以上，然后将单分散二氧化硅球和正丁醇配成悬浊液，用滴管逐滴滴加悬浊液于称量瓶液面上，并将称量瓶放置于加热台上加热蒸发，液面上的二氧化硅球迅速团聚成膜，在正丁醇和去离子水蒸干后形成覆盖了二氧化硅球周期阵列的基片；

(3)制备钒薄膜：

将步骤(2)得到的表面覆盖了二氧化硅球的基片置于DPS-Ⅲ型超高真空对靶磁控溅射设备的真空室，采用高纯度金属钒作为靶材，在氩气环境中，设置溅射工作气压，调节溅射功率，设置完参数后开始沉积钒薄膜；

(4)二氧化钒薄膜的制备

将步骤(3)制得的钒薄膜置于快速退火炉中进行快速氧化热退火。

步骤(3)溅射时间10-15min。

步骤(4)快速退火炉通入的气体为高纯氧气，退火过程分为升温、保温、降温三个阶段，设置保温温度；保温时间参数可调，范围在50-60s之间。

上述方法制备得到的二氧化硅—二氧化钒多级阵列结构。

本发明有益效果：