[发明专利]一种高槽深金属凹槽线性阵列太赫兹超材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高槽深金属凹槽线性阵列太赫兹超材料及其制备方法。以双面抛光硅片为基底材料，以Au为作为溅射材料，采用通过光刻、深硅刻蚀和磁控溅射镀膜等多种微加工工艺相结合的方法制备高槽深金属凹槽线性阵列太赫兹超材料。该高槽深金属凹槽线性阵列太赫兹超材料，宽度为30μm，深度分别为30μm，60μm和90μm，镀膜厚度为600nm。本发明制得的高槽深金属凹槽线性阵列太赫兹超材料，结构稳定，共振频率可调性强，能够支持高品质因子的太赫兹表面等离子体共振模式，解决了飞秒激光直写技术难以实现高深宽比金属表面结构的精确加工难题，且制备方法简单，原料廉价易得，有利于大规模的工业化生产。

技术领域

本发明属于太赫兹超材料领域，具体涉及一种高槽深金属凹槽线性阵列太赫兹超材料及其制备方法。

背景技术

由太赫兹超材料产生的表面等离子体激元效应可以将太赫兹电磁场限制在亚波长量级的小范围内，这将大大缩小系统的集成尺寸，已成为太赫兹功能器件研制的最优选择。在一些太赫兹应用研究领域，如波导传输、完美吸波器、高功率太赫兹源、高分辨率成像以及高灵敏度的传感等已取得了一系列突破性的成果。但如何高效地制备出能够满足使用需求的高质量、高精度以及低成本的太赫兹超材料，成为太赫兹技术进一步发展和应用的关键。

目前，常用的太赫兹超材料微纳加工技术主要包含传统光刻技术、电子束曝光和纳米压印等，尽管这些加工方法在一定程度上能够满足太赫兹超材料的加工需求，但繁复的制备过程往往涉及多种精密设备和加工工艺，导致制备周期长、成本高昂。近年来，随着超快激光技术的发展，另一种基于激光烧蚀的原理，利用飞秒激光直写技术就可直接在金属薄膜上实现太赫兹超材料的加工。然而，不管是常规加工手段，还是新一代飞秒激光微纳加工技术，针对特别细微表面结构(几何尺寸在百微米量级以内)的加工，不可避免会引入附带损失，造成加工误差，使得对几何尺寸偏差敏感的超材料（如凹槽型太赫兹超材料）无法达到预期性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高槽深金属凹槽线性阵列太赫兹超材料及其制备方法，本发明制得的高槽深金属凹槽线性阵列太赫兹超材料，结构稳定，共振频率可调性强，能够支持高品质因子的太赫兹表面等离子体共振模式，通过光刻、深硅刻蚀和磁控溅射镀膜等多种微纳加工技术的结合，可以充分利用了光刻、深硅刻蚀和磁控溅射镀膜各自具有的精确的几何图案复制、高深宽比的几何结构刻蚀以及快捷的结构表面金属化等工艺特点，解决了飞秒激光直写技术难以实现高深宽比金属表面结构的精确加工难题，且制备方法简单，原料廉价易得，有利于大规模的工业化生产。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种高槽深金属凹槽线性阵列太赫兹超材料，以厚度500 μm的双面抛光硅片为载体，首先利用光刻技术将掩膜版上的周期性金属凹槽图案复制到光刻胶薄膜上，形成硅刻蚀掩蔽层，而后通过深硅刻蚀工艺在硅片上形成槽深≥30 μm的凹槽阵列表面，最后利用磁控溅射工艺对凹槽结构表面进行金属化，均匀地镀上一层厚度为600 nm金薄膜，使之形成能够在太赫兹频段支持表面等离子体共振的超材料。

本发明还提供了一种基于上述所述的一种高槽深金属凹槽线性阵列太赫兹超材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）在酸碱化学清洗台上，基于RCA清洗工艺进行硅片的清洗，先将硅片放入清洗液中，在120-150℃的条件下加热15分钟，去除硅片表面可能存在包括颗粒、有机物和金属离子的沾污，接着利用去离子水冲洗干净后，烘干备用；