[发明专利]基于超表面光学天线的红外太赫兹信号探测器及制备方法

说明书

本发明公开了一种基于超表面光学天线的红外太赫兹信号探测器及制备方法，探测器包括：衬底、掺杂层、二氧化硅层、超表面光学天线层、欧姆电极、肖特基电极和普通电极；超表面光学天线层宽度为0.5～10mm，并且包括分别用于探测红外信号的第一金属层和探测太赫兹信号的第二金属层，由于第一金属层和第二金属层分别对入射的红外信号和太赫兹信号波段电磁信号具有极强的局域表面等离激元感应能力，一旦与对应的信号产生局域表面等离激元振荡，其响应速度属于超高速响应，能够在极短时间内产生极强的响应信号，使得探测器能够更好地分辨红外太赫兹波段的电磁信号。此外，由于超表面光学天线的制作采用纳米工艺，使得红外太赫兹信号探测器体积很小、重量很轻。

技术领域

本发明属于信号探测领域，更具体地，涉及一种基于超表面光学天线的红外太赫兹信号探测器及制备方法。

背景技术

红外太赫兹探测在安检监控系统、材料检测、空间通信、信号探测、航天航空和工农业生产等众多领域有着广泛地应用。

常见的红外太赫兹探测器主要包括温热探测器、由硅或砷化镓制成的半导体探测器。这些探测器原理成熟，已经实用化，但是在要求高速、高灵敏、小微型化信号探测的场合下，现有红外太赫兹探测器的性能存在不足。这主要是由于现有红外太赫兹探测器存在以下问题：1、红外太赫兹探测器的谱成像装置仍需配置复杂精密的驱动机构，体积和质量大；2、红外太赫兹探测器响应速度较慢；3、红外太赫兹探测器光谱探测波长范围较单一。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于超表面光学天线的红外太赫兹信号探测器及制备方法，其目的在于解决现有红外太赫兹信号探测器中存在的体积大、响应慢以及探测波段窄等技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于超表面光学天线的红外太赫兹信号探测器，包括：衬底层、掺杂层、二氧化硅层、超表面光学天线层、欧姆电极、肖特基电极、普通电极；其中，所述掺杂层位于所述衬底层上，所述二氧化硅层、超表面光学天线层、欧姆电极位于所述掺杂层上，所述肖特基电极、普通电极位于所述二氧化硅层上；所述肖特基电极和所述普通电极均与所述超表面光学天线层连接，所述超表面光学天线层与所述掺杂层形成肖特基接触，所述欧姆电极与所述掺杂层形成欧姆接触；所述超表面光学天线层宽度为0.5～10mm，包括第一金属层和第二金属层；其中，所述第一金属层对于入射的红外电磁波具有局域表面等离激元特性，所述第二金属层对于入射的太赫兹电磁波具有局域表面等离激元特性；所述第一金属层和第二金属层位于同一层，或者所述第一金属层和第二金属层叠加分布。

进一步地，所述第一金属层包括多个第一金属纳尖单元，所述第一金属纳尖单元为平面结构，所述第一金属纳尖单元的宽度为20～80nm，高度为80～300nm，尖角角度为10～60度；或者所述第一金属纳尖单元为立体结构，所述第一金属纳尖单元为直立棱台结构，各棱边的反向延长线相交所构成的尖角角度为10～40度，下底面边长为30～200nm，上底面边长为10～100nm，高为80～300nm。

进一步地，所述第二金属层包括微米基元以及多个第二金属纳尖单元；其中，所述微米基元为微米结构，形状为多边形；所述第二金属纳尖单元分布在所述微米基元各个边的内侧或外侧，对于入射的太赫兹信号具有局域表面等离激元特性；单个第二金属纳尖单元宽为20～80nm，高为80～300nm，尖角为10～60度，相邻的第二金属纳尖单元间距为30～150nm；或者所述第二金属层包括周期性排列的多个立体的结构单元；所述立体的结构单元为直立棱台结构，各棱边的反向延长线相交所构成的尖角角度为10～90度，下底面边长为200nm～30μm，上底面边长为50nm～10μm，高为300nm～5μm。