本發(fā)明涉及一種太赫茲金屬網(wǎng)格濾波器，尤其涉及一種折疊十字型太赫茲薄膜濾波器及制備方法。

背景技術(shù)：

隨著太赫茲技術(shù)的快速發(fā)展，各種太赫茲的儀器在軍事、通信、航空等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣。在太赫茲系統(tǒng)中，帶通濾波器是不可或缺的元件。由于孔陣列的金屬網(wǎng)格各單元之間相互耦合，金屬中的自由電子與入射電磁波發(fā)生共振，形成增強透射，共振波長由結(jié)構(gòu)尺寸決定，因此孔陣列的金屬網(wǎng)格結(jié)構(gòu)常作為帶通濾波器。太赫茲金屬網(wǎng)格濾波器在準(zhǔn)光系統(tǒng)和遠紅外波段最初是作為空間濾波器為拒絕背景熱輻射而避免靈敏探測器飽和而發(fā)展起來的。

在太赫茲空隙領(lǐng)域，太赫茲波是指頻率為0.1～10thz、介于毫米波和紅外線之間的電磁波，兼顧光子學(xué)和電子學(xué)方面的優(yōu)勢。太赫茲金屬網(wǎng)格濾波器作為太赫茲系統(tǒng)的核心元件，在太赫茲系統(tǒng)中除了具有一般濾波器的頻率選擇性、噪聲濾除、增益均衡等作用外，由于超快光電子學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以及超外差式和直接探測器的研究等太赫茲探測方面的進展，太赫茲技術(shù)在物體成像、環(huán)境監(jiān)測和安全檢查、醫(yī)療診斷、射電天文、寬帶通信、雷達和目標(biāo)識別等領(lǐng)域也具有重大的科學(xué)價值和廣闊的應(yīng)用前景。

太赫茲金屬網(wǎng)格濾波器的另一個重要應(yīng)用是用作紅外傳感器，所需頻率的能量能透過太赫茲網(wǎng)格濾波器，并被它下面的感光介質(zhì)材料充分吸收，而對不需要的輻射則反射掉；在近紅外和可見光區(qū)域，太赫茲網(wǎng)格濾波器還被設(shè)計成太陽能吸收表面，用來幫助吸收太陽能。在通帶內(nèi)的太陽光可以充分透過，通帶外的太陽光則被反射掉，從而獲得較純凈的太陽能。

傳統(tǒng)形狀的金屬網(wǎng)格的結(jié)構(gòu)，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)對共振波長和透過率的調(diào)節(jié)，但是自由度低和金屬網(wǎng)格結(jié)構(gòu)在短波區(qū)存在旁瓣，這些問題嚴(yán)重影響作為單帶通濾波器的應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：針對以上問題，本發(fā)明提出一種折疊十字型太赫茲薄膜濾波器及制備方法。

技術(shù)方案：為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種折疊十字型太赫茲薄膜濾波器，包括若干周期性排列的金屬孔陣列和金屬薄膜，金屬孔陣列內(nèi)嵌在金屬薄膜里面。金屬孔陣列的形狀為折疊十字型，金屬薄膜為鏤空的單層金屬鎳薄膜。

每個金屬孔包括4個折疊十字型臂，折疊十字型臂包括十字臂和折疊臂，折疊臂垂直于十字臂，且四個折疊臂的方向一致。

一種折疊十字型太赫茲薄膜濾波器的制備方法，包括以下步驟：

(3)在潔凈的硅片基底上，利用磁控濺射鍍膜工藝，蒸鍍一層銅金屬膜；

(4)在鍍有銅層的硅片基底上，用旋涂機旋涂一層光刻膠，利用紫外曝光技術(shù)，制備得有設(shè)計結(jié)構(gòu)的硅片基底；

(3)將有設(shè)計結(jié)構(gòu)的硅片基底置于金屬鎳電鍍液中進行電鍍，電鍍時陽極為金屬鎳板，陰極為有設(shè)計結(jié)構(gòu)的鍍銅層硅片，制備得帶有基底的金屬鎳薄膜；

(4)將帶有基底的金屬鎳薄膜放入nh3h2o和h2o2溶液中進行濕法腐蝕，腐蝕掉金屬鎳和基底硅片之間的銅層，從而使金屬鎳薄膜從基底上脫落下來，制備得單層金屬鎳薄膜；

(5)將金屬薄膜放入丙酮中加熱，同時外加超聲，祛除金屬鎳孔中的光刻膠，制備得鏤空的單層鎳金屬孔薄膜。

有益效果：本發(fā)明提供了一種高自由度、短波區(qū)的旁瓣更加遠離主透射峰實現(xiàn)在更大頻譜范圍良好的帶外抑制的折疊十字結(jié)構(gòu)濾波器，及折疊十字結(jié)構(gòu)濾波器的制備方法。本發(fā)明提供的折疊十字型太赫茲薄膜濾波器，不僅具有很高的主共振峰透過率，同時由于折疊臂的加入使該結(jié)構(gòu)在中心波長、透過率和旁瓣抑制的設(shè)計上具有更好的靈活度和使短波區(qū)的旁瓣更加遠離主透射峰，實現(xiàn)在更大頻譜范圍良好的帶外抑制，這樣將會極大改善濾波器的濾波效果。

附圖說明

圖1是折疊十字型太赫茲薄膜濾波器示意圖；

圖2是折疊十字型太赫茲薄膜濾波器制備方法流程圖；

圖3是濾波器實際結(jié)構(gòu)的顯微鏡觀察圖；

圖4是濾波器實際結(jié)構(gòu)的透過率測試圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的說明。

如圖1所示是本發(fā)明所述的折疊十字型太赫茲薄膜濾波器，包括若干周期性排列的金屬孔陣列1和金屬薄膜2，金屬孔陣列1的形狀為折疊十字型，每個金屬孔包括4個折疊十字型臂，折疊十字型臂包括十字臂和折疊臂，內(nèi)嵌在金屬薄膜2里面；金屬薄膜2為鏤空的單層金屬鎳薄膜。金屬膜2的厚度約6-12微米，優(yōu)選8微米；金屬孔陣列1的周期是微米量級。該太赫茲薄膜濾波器是基于孔陣列金屬網(wǎng)格孔各單元之間的相互耦合，金屬中的自由電子與入射電磁波發(fā)生共振，形成增強透射，大大提高主共振峰的透過率。

十字型的金屬孔陣列1的每十字臂上都增設(shè)有折疊臂，故稱折疊十字型，折疊臂垂直于十字臂，且四個折疊臂的方向一致。折疊臂的加入，主共振波長變長了從而使得共振的波長更加遠離了短波區(qū)的旁瓣，同時折疊臂可以實現(xiàn)對共振波長的微調(diào)。該結(jié)構(gòu)具有設(shè)計更為靈活和在更大頻譜范圍濾波效果更為優(yōu)良的優(yōu)點。

實施例1

如圖3-4所示，設(shè)置金屬孔陣列1的周期g為136微米、主臂長a為98微米，折疊臂w為30微米、臂寬b為6微米，可以實現(xiàn)共振頻率為1thz的濾波器。金屬薄膜2的厚度約為8微米。

如圖2所示是本發(fā)明所述的折疊十字型太赫茲薄膜濾波器的制備方法，具體包括以下步驟：

(1)取一片潔凈的硅片作為基底，厚度約為400nm，利用磁控濺射鍍膜工藝，蒸鍍一層100nm厚的銅金屬膜。鍍銅金屬膜是為了在后續(xù)電鍍中將鍍銅導(dǎo)電層作為陰極使用，同時在進行腐蝕的時候，減少腐蝕液對金屬鎳薄膜的損害。

(2)在鍍有銅層的硅片基底上，用旋涂機旋涂一層厚度為12um的su-82010光刻膠，利用紫外曝光技術(shù)，制備得有設(shè)計結(jié)構(gòu)的硅片基底。

(3)將有設(shè)計結(jié)構(gòu)的硅片基底置于金屬鎳電鍍液中進行電鍍，電鍍時陽極為金屬鎳板，陰極為有設(shè)計結(jié)構(gòu)的鍍銅層硅片，在60℃左右的溫度下，電鍍10min左右，制備得帶有基底的金屬鎳薄膜。

(4)將制備的帶有基底的金屬鎳薄膜放入nh3h2o和h2o2的溶液中進行濕法腐蝕，腐蝕掉金屬鎳和基底硅片之間的銅層，從而使金屬鎳薄膜從基底上脫落下來，制備得單層金屬鎳薄膜。nh3h2o和h2o2的溶液比例優(yōu)選1∶1。

(5)將制備的金屬薄膜放入丙酮中，并在50-80℃，優(yōu)選60℃的環(huán)境中加熱10小時左右，同時外加超聲，祛除金屬鎳孔中的光刻膠，制備得鏤空的單層鎳金屬孔薄膜。

該制備方法工藝簡單，重復(fù)性好、可靠性高，適于工業(yè)化生產(chǎn)。結(jié)合了現(xiàn)在的光刻-電鍍工藝以及金屬鍍膜工藝，可以精確控制結(jié)構(gòu)的尺寸大小，在保證重復(fù)性與可控性的基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)很好的濾波效果，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。

實施例2

如圖3-4所示，設(shè)置金屬孔陣列1的周期g為112微米、主臂長a為62微米，折疊臂w為22微米、臂寬b為6微米，實現(xiàn)共振頻率為1.5thz的濾波器。金屬薄膜2的厚度約為8微米，其余部分同實施例1。

實施例3

如圖3-4所示，設(shè)置金屬孔陣列1的周期g為98微米、主臂長a為49微米，折疊臂w為15微米、臂寬b為6微米，實現(xiàn)共振頻率為2.0thz的濾波器。金屬薄膜2的厚度約為8微米，其余部分同實施例1。

實施例4

如圖3-4所示，設(shè)置金屬孔陣列1的周期g為89微米、主臂長a為41微米，折疊臂w為11微米、臂寬b為6微米，實現(xiàn)共振頻率為2.5thz的濾波器。金屬薄膜2的厚度約為8微米，其余部分同實施例1。