專利名稱：用于吸收太赫茲輻射的粗糙黑化金屬薄膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太赫茲探測(cè)與成像技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于吸收太赫茲輻射的粗糙黑化金屬薄膜及其制備方法。
背景技術(shù)：
太赫茲(Terahertz, THz)波指頻率介于O.1 IOTHz (波長(zhǎng)3mnT30 m)的電磁福射，其電磁波譜位于微波和紅外波段之間，因此，太赫茲系統(tǒng)兼顧電子學(xué)和光學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。長(zhǎng)期以來，由于缺乏有效的THz輻射產(chǎn)生和檢測(cè)方法，人們對(duì)于該波段電磁輻射性質(zhì)的了解非常有限，以至于該波段被稱為電磁波譜中的THz空隙。該波段也是電磁波譜中有待進(jìn)行全面研究的最后一個(gè)頻率窗口。近年來由于自由電子激光器和超快激光技術(shù)的發(fā)展， 為THz脈沖的產(chǎn)生提供了穩(wěn)定、可靠的激發(fā)光源，使THz輻射的產(chǎn)生機(jī)理、檢測(cè)技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)的研究得到蓬勃發(fā)展。
與其它波段的電磁波相比，THz電磁波具有如下獨(dú)特特點(diǎn)①THz波的波長(zhǎng)處于微波及紅外光之間，因此在應(yīng)用方面相對(duì)于其它波段的電磁波，如微波和X射線等，具有非常強(qiáng)的互補(bǔ)特征THz波的典型脈寬在亞皮秒量級(jí)，不但可以進(jìn)行亞皮秒、飛秒時(shí)間分辨的瞬態(tài)光譜研究，而且通過取樣測(cè)量技術(shù)，能夠有效地防止背景輻射噪音的干擾THz波具有很高的時(shí)間和空間相干性，這一特點(diǎn)在研究材料的瞬態(tài)相干動(dòng)力學(xué)問題時(shí)具有極大的優(yōu)勢(shì)；④THz波的光子能量低。頻率為ITHz的電磁波的光子能量只有大約4meV，因此不會(huì)對(duì)生物組織產(chǎn)生有害的電離，適合于對(duì)生物組織進(jìn)行活體檢查。THz波的這些特點(diǎn)使其在物體成像、環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療診斷、射電天文、寬帶移動(dòng)通訊、尤其是在衛(wèi)星通訊和軍用雷達(dá)等方面具有重大的科學(xué)價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。
太赫茲探測(cè)器是太赫茲技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵器件之一。在太赫茲探測(cè)器的開發(fā)和應(yīng)用中，檢測(cè)太赫茲信號(hào)具有舉足輕重的意義。因?yàn)椋环矫妫c較短波長(zhǎng)的光學(xué)波段電磁波相 t匕，太赫茲波光子能量低，背景噪聲通常占據(jù)顯著地位；另一方面，隨著太赫茲探測(cè)技術(shù)在各領(lǐng) 域特別是軍事領(lǐng)域中的應(yīng)用的深入開展，不斷提高接收靈敏度成為必然的要求。由于赫茲探測(cè)器探測(cè)單元中的熱敏感薄膜對(duì)太赫茲波吸收很弱，使得太赫茲輻射信號(hào)檢測(cè)的難度較大。傳統(tǒng)的紅外探測(cè)器，如微測(cè)輻射熱計(jì)，對(duì)太赫茲的吸收僅為紅外吸收的2 5%左右， 甚至比器件材料的不均勻度還要低，故極難區(qū)分噪音與被檢信號(hào)。因此，需要增加單獨(dú)的太赫茲吸收層以增強(qiáng)探測(cè)器的吸收性能。要求太赫茲吸收層的反射率低，與下層材料的粘附性要好。目前常用的太赫茲吸收材料為有機(jī)黑體、黑金和N1-Cr等。在這幾種物質(zhì)中，黑金的反射率最低，但它的粘附性不是很好。黑色樹脂的反射率也比較低，但比較厚，而且熱阻較大，可能會(huì)阻礙熱量向敏感薄膜的傳播。
目前，超薄金屬膜和多層膜在太赫茲波段光子器件和光電子器件中的應(yīng)用得到了廣泛關(guān)注，其重要應(yīng)用之一就是作為THz探測(cè)器的吸收層與THz波段抗反射涂層。由于微尺度效應(yīng)，超薄金屬膜的光學(xué)/電學(xué)特性及其參數(shù)(折射率、消光系數(shù)、吸收系數(shù)、介電常數(shù)、 電導(dǎo)率等)與塊狀材料顯著不同。厚度低于50nm的金屬或金屬復(fù)合薄膜用作太赫茲吸收層時(shí)對(duì)探測(cè)器的熱容影響很小，利于高響應(yīng)速率探測(cè)單元的制作。
N. Oda等報(bào)道了將金屬薄膜用作太赫茲吸收層進(jìn)行THz-QVGA探測(cè)器制備的 研究(N. Oda, etc, “Development of Bolometer-type Uncooled THz-QVGA Sensor and Camera，，， The 34th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves, Vol.1, 2009),由于熱敏薄膜對(duì)太赫茲福射的弱吸收性,太赫茲吸收 層是THz-QCGA與非制冷IRFPA在單元結(jié)構(gòu)上的主要區(qū)別。通過調(diào)整薄膜電阻至適當(dāng)值，可 將太赫茲探測(cè)靈敏度提高 5 8 倍(N. Oda, etc, “Detection of Terahertz Radiation from Quantum Cascade Laser, Using Vanadium Oxide Microbolometer Focal Plane Arrays”，Proc. of SPIE, Vol. 6940，pp. 69402Y-1-12，2008)。C. C. Ling 等報(bào)道 了對(duì)秘金屬-介質(zhì)復(fù)合膜系結(jié)構(gòu)吸收太赫茲福射的研究(C. C. Ling, etc, “Large Area Bolometers for THz Power Measurements，，， IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 42, pp. 758-760，2002)。這種結(jié)構(gòu)中，40 150nm 的秘膜被蒸 發(fā)制備在采用熱生長(zhǎng)與LPCVD方法制備的三層介質(zhì)復(fù)合薄膜上。測(cè)試結(jié)果表明，制備有 鉍金屬層的復(fù)合薄膜的太赫茲輻射吸收率比無鉍金屬層的相同介質(zhì)薄膜提高了 60%。C. Bolakis等報(bào)道了一種制備在硅襯底上的太赫茲吸收薄膜堆棧結(jié)構(gòu)，由介電布拉格反射 鏡和薄的鉻金屬膜組成，應(yīng)用于雙相材料太赫茲傳感器(C. Bolakis, etc, “Design and Characterization of Terahertz-Absorbing Nano-Laminates of Dielectric and Metal Thin Films”，Optics Express, Vol. 18, pp. 14488-14495，2010)。復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)吸收 了 3 5THz內(nèi)入射太赫茲輻射的20%。通過有限元建模優(yōu)化鉻金屬薄膜的厚度，分析結(jié)果表 明當(dāng)金屬薄膜厚度為9nm時(shí),太赫茲福射吸收率可達(dá)到50%。F. Alves等研究了 Ni和Cr 金屬薄膜在 I IOTHz 內(nèi)的太赫茲吸收率(F. Alves, etc, “Highly absorbing nano-scale metal films for terahertz applications”， Optical Engineering, Vol. 51, pp. 063801-1-063801-6, 2012)，通過控制金屬薄膜厚度(2. 5 50 nm)，其太赫茲吸收率可達(dá) 到47%，結(jié)果證明金屬薄膜可用于太赫茲探測(cè)器的吸收層材料。M. Schossig等報(bào)道了 NiCr合金薄膜用作熱釋電太赫茲探測(cè)器的吸收層與電極(M. Schossig, etc, “Infrared Responsivity of Pyroelectric Detectors with Nanostructured NiCr Thin-Film Absorber”，IEEE SENSORS JOURNAL, Vol. 10, pp. 1564-1565，2010)。采用熱蒸發(fā)方法 將吸收層與上電極一步沉積，調(diào)整沉積角度形成光學(xué)納米棒結(jié)構(gòu)的NiCr薄膜，制備的NiCr 薄膜具有更低的折射率與反射率，獲得更高的太赫茲吸收率。在這些文獻(xiàn)報(bào)道中，太赫茲吸 收層都直接制備在探測(cè)單元表面上，未對(duì)太赫茲吸收層進(jìn)行表面處理，其太赫茲吸收性能 有進(jìn)一步提升的空間。
國內(nèi)關(guān)于太赫茲探測(cè)技術(shù)與太赫茲吸收層的研究與處于起步階段。專利 200910216064. 4公開了一種太赫茲波平面吸收材料，先在襯底表面制備連續(xù)金屬反射層， 然后制備介質(zhì)層，再在介質(zhì)層上制備人工電磁媒質(zhì)層。人工電磁媒質(zhì)層由周期性排列的人 工電磁媒質(zhì)單元構(gòu)成，每個(gè)單元為一個(gè)線寬為t的金屬薄膜線條形成的中心對(duì)稱圖形，包 括中間由兩個(gè)單開口金屬環(huán)相向連接的電開口環(huán)共振器；還包括兩個(gè)與電開口環(huán)共振器兩 側(cè)長(zhǎng)邊背向連接的單開口金屬環(huán)。該發(fā)明所提出的太赫茲波平面吸收材料具有兩個(gè)強(qiáng)吸收 頻段，可以提供不同頻段的選擇性吸收和探測(cè)。同時(shí)可以吸收更大頻譜范圍的太赫茲輻射， 提高了太赫茲波平面吸收材料的性能和效率。但這種太赫茲波平面吸收材料需要制備多層結(jié)構(gòu)并圖形化，制備工藝較為復(fù)雜。
專利200510026024. 5公開了一種室溫鐵電薄膜紅外焦平面探測(cè)器的吸收層及制備方法，該吸收層是置在焦平面探測(cè)器的上電極層上的，或者是置在焦平面探測(cè)器的鐵電薄膜上的鈦與二氧化鈦混合的多孔薄層。制備方法首先采用直流磁控濺射方法將金屬Ti 濺射鐵電薄膜上或上電極層上，然后利用化學(xué)腐蝕的方法，將鈦膜腐蝕成多孔態(tài)，目的是為了降低薄膜中自由電子密度，將其等離子吸收邊調(diào)節(jié)到探測(cè)器應(yīng)用的紅外波長(zhǎng)。薄膜多孔結(jié)構(gòu)中高密度的表面態(tài)對(duì)入射進(jìn)來的電磁波進(jìn)一步吸收使之不同于通常金屬。該發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是與常規(guī)的金黑吸收層工藝相比，吸收層制備工藝簡(jiǎn)單，可以通過光刻以及腐蝕或干法刻蝕等途徑制備成分立靈敏元結(jié)構(gòu)。但這種方法主要應(yīng)用與紅外焦平面探測(cè)器吸收層的制備，對(duì)超薄金屬膜太赫茲吸收層采用化學(xué)方法腐蝕則難以控制。
本研究小組在專利201110434601中公開了一種增強(qiáng)太赫茲輻射吸收率的膜系結(jié)構(gòu)及其制備方法，該膜系結(jié)構(gòu)包括介質(zhì)薄膜及位于其上的太赫茲吸收層。制備方法為先采用PECVD混頻技術(shù)制備的低應(yīng)力氮化硅或氧化硅薄膜，該介質(zhì)薄膜被反應(yīng)離子刻蝕為微納米量級(jí)的粗糙表面，然后由磁控濺射法制備在表面粗糙的介質(zhì)薄膜上制備金屬薄膜，獲得高體表比的介質(zhì)與金屬薄膜膜系結(jié)構(gòu)以增強(qiáng)太赫茲吸收率。但這種方法需要先通過刻蝕介質(zhì)薄膜獲得粗糙的表面結(jié)構(gòu)，然后制備金屬太赫茲吸收層形成高表體比的介質(zhì)-金屬膜系結(jié)構(gòu)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題是如何增強(qiáng)金屬薄膜太赫茲吸收層的太赫茲輻射吸收性能與效率，為聞性能太赫茲探測(cè)器的研制提供有力支持。
本發(fā)明所提出的技術(shù)問題是這樣解決的提供一種用于吸收太赫茲輻射的粗糙黑化金屬薄膜。其特征在于①所述金屬薄膜表面被粗糙黑化； ②所述金屬薄膜的黑化表面為晶體缺陷；③所述金屬薄膜為位于太赫茲探測(cè)器敏感單元頂層的太赫茲吸收層。
金屬薄膜材料為金、鉍、鈦、鋁或者上述金屬中的任何具有合適性質(zhì)的合金。
利用氟基等離子體的物理轟擊制備表面粗糙的金屬薄膜。采用氟基氣體反應(yīng)離子刻蝕金屬薄膜。由于氟基氣體不是所述金屬的活性刻蝕劑，因此刻蝕主要為物理轟擊刻蝕， 不減少薄膜厚度，僅獲得粗糙表面。表面粗糙度在納米量級(jí)。
利用粗糙的金屬薄膜表面富集氟離子后的氟結(jié)晶現(xiàn)象制備黑化表面。調(diào)節(jié)刻蝕時(shí)氟離子能量與濃度，大量氟離子吸附到金屬薄膜粗糙表面并在表面擴(kuò)散與反應(yīng)，使金屬薄膜表面富集氟離子?？涛g后氟離子在一定濕度中生成大量結(jié)晶缺陷，使金屬薄膜黑化。
具有粗糙黑化表面的金屬薄膜吸收層為高表體比、低反射率薄膜，有利于太赫茲輻射的吸收，所述具有粗糙黑化表面的金屬薄膜的太赫茲輻射吸收率比普通超薄金屬膜提 |ρΓ| 30%。
本發(fā)明還公開了一種用于吸收太赫茲輻射的粗糙黑化金屬薄膜的制備方法，采用氟基氣體反應(yīng)離子刻蝕金屬薄膜，利用氟基等離子體的物理轟擊制備出表面粗糙的金屬薄膜。
進(jìn)一步地，氟離子吸附到金屬薄膜粗糙表面并在表面擴(kuò)散與反應(yīng)，控制放置環(huán)境， 促使金屬薄膜粗糙表面生成大量結(jié)晶缺陷，獲得表面富集氟離子的金屬薄膜。
進(jìn)一步地，薄膜制備過程包括以下步驟①在太赫茲探測(cè)敏感單元的頂層制備金屬薄膜；②采用氟基等離子體轟擊金屬薄膜使薄膜表面粗糙化并富集氟離子；③控制放置環(huán)境，促進(jìn)表面氟結(jié)晶現(xiàn)象使薄膜表面黑化；④清洗去除刻蝕后殘留物。
進(jìn)一步地，金屬薄膜采用蒸發(fā)或磁控濺射方法制備，調(diào)節(jié)工藝參數(shù)，控制薄膜膜厚為 10nm 60nmo
進(jìn)一步地，采用反應(yīng)離子刻蝕方法對(duì)金屬薄膜進(jìn)行表面轟擊，轟擊氣體為CF4、 CHF3或SF6氣體中的一種或它們的混合氣體，設(shè)置氣體流量為KTlOOsccm，射頻功率為 20(T700W，反應(yīng)室壓力為2 20Pa，轟擊時(shí)間為f 20min，形成粗糙且富集氟離子的金屬薄膜表面。
進(jìn)一步地，將表面富集氟離子的金屬薄膜放置于一定濕度的環(huán)境中，控制濕度為 509Γ90%，放置時(shí)間為Γ48小時(shí)，利用氟結(jié)晶現(xiàn)象在金屬薄膜表面形成大量結(jié)晶缺陷，制備表面黑化的金屬薄膜。
我們?cè)谘芯恐邪l(fā)現(xiàn)采用非金屬活性刻蝕劑的氟基等離子體直接轟擊金屬薄膜可使金屬薄膜表面粗糙化?？涛g后殘留的氟離子會(huì)在金屬薄膜表面造成氟結(jié)晶(F CRYSTAL) 缺陷，如圖1所示。氟結(jié)晶效應(yīng)產(chǎn)生的原因與環(huán)境濕度有關(guān)，因?yàn)榉退麜?huì)起反應(yīng)生成結(jié)晶，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使金屬薄膜表面黑化。因此，在采用超薄金屬膜用作太赫茲吸收層時(shí)，可以利用這一效應(yīng)增大金屬薄膜的太赫茲吸收效率。首先制備超薄金屬膜，采用干法等離子轟擊的方法使金屬薄膜表面·粗糙化。同時(shí)，通過調(diào)節(jié)刻蝕時(shí)氟離子能量與濃度，使大量氟離子吸附到金屬薄膜粗糙表面并在表面擴(kuò)散與反應(yīng)，獲得表面富集氟離子的金屬薄膜。然后在一定的濕度中利用氟結(jié)晶現(xiàn)象生成大量結(jié)晶缺陷使薄膜表面粗糙黑化。粗糙黑化的金屬薄膜表面結(jié)構(gòu)具有高表體比、低反射率的特點(diǎn)，有效增強(qiáng)太赫茲輻射吸收率，這是提高金屬薄膜太赫茲輻射的吸收性能和效率的一種有效、可行的方案。
本發(fā)明的有益效果提供了一種用于吸收太赫茲輻射的粗糙黑化金屬薄膜，它通過氟基等離子體轟擊金屬薄膜，使金屬薄膜表面粗糙化并富集氟離子，利用利用氟結(jié)晶現(xiàn)象生成的晶體缺陷使薄膜表面粗糙黑化，顯著增大了太赫茲輻射吸收率，并且制備工藝簡(jiǎn)單合理，易大面積制備與集成，與MEMS工藝兼容，可廣泛應(yīng)用于各種太赫茲探測(cè)與成像技術(shù)領(lǐng)域。


圖1為鋁薄膜表面氟結(jié)晶缺陷的SEM圖像；圖2中a d為本發(fā)明的用于吸收太赫茲輻射的粗糙黑化金屬薄膜的簡(jiǎn)易制備流程；圖3為本發(fā)明的實(shí)施例1的簡(jiǎn)易制備流程。
圖4中^Te為本發(fā)明的實(shí)施例2的簡(jiǎn)易制備流程。
其中，1、襯底，2、金屬薄膜，3、結(jié)晶缺陷，4、底層讀出電路，5、電路接口，6、犧牲層， 7、支撐層，8、金屬電極與引線，9、敏感薄膜，10、鋁薄膜吸收層，11、結(jié)晶缺陷，12、鉭酸鋰晶片，13、下電極，14、BCB聚合物材料，15、硅基底，16、上電極16，17、介質(zhì)薄膜，18、鋁薄膜吸收層，19、結(jié)晶缺陷。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖以及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述本發(fā)明提供一種用于吸收太赫茲輻射的粗糙黑化金屬薄膜。該粗糙黑化金屬薄膜的制備流程如圖2所示，包括準(zhǔn)備襯底1，并清洗表面，如圖2-a所示；制備金屬薄膜2，如圖2-b 所示；采用氟基等離子體轟擊金屬薄膜，使金屬薄膜表面粗糙化并富集氟離子，如圖2-c所示；利用氟結(jié)晶現(xiàn)象在金屬薄膜表面產(chǎn)生大量結(jié)晶缺陷3，使薄膜表面黑化，形成具有高表體比、低反射率的粗糙黑化金屬薄膜，如圖2-d所示。
金屬薄膜采用蒸發(fā)、磁控濺射等方法制備。調(diào)節(jié)工藝參數(shù)，控制薄膜膜厚為 10nm 60nmo
采用反應(yīng)離子刻蝕方法對(duì)金屬薄膜進(jìn)行物理轟擊。轟擊氣體為CF4、CHF3、SF6等氟基氣體或其混合氣體，設(shè)置氣體流量為l(Tl00sccm，射頻功率為20(T700W，反應(yīng)室壓力為 2 20Pa，轟擊時(shí)間為f20min，形成粗糙且富集氟離子的金屬薄膜表面。
將表面富集氟離子的金屬薄膜放置于一定濕度的環(huán)境中，氟和水汽起反應(yīng)生成大量結(jié)晶缺陷使金屬薄膜黑化?？刂茲穸葹?09Γ90%，放置時(shí)間為Γ48小時(shí)，形成具有高表體 t匕、低反射率的粗糙黑化金屬薄膜。以下通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明實(shí)施例1一種用于吸收太赫茲輻射的粗糙黑化金屬薄膜，該金屬薄膜為制備在太赫茲微陣列探測(cè)器探測(cè)單元頂層上的太赫茲吸收層，如圖3所示。
太赫茲微陣列探測(cè)器的探測(cè)單元如圖3_a所示。陣列單元制備在具有底層讀出電路4的硅片上，其中讀出 電路留有與后續(xù)加工的MEMS器件的接口 5，然后生長(zhǎng)犧牲層6、 支撐層7、金屬電極與引線8與敏感薄膜9等并分別圖形化。犧牲層材料為光敏聚酰亞胺 (PSPI)材料；支撐層材料由氮化娃和氧化娃的復(fù)合薄膜構(gòu)成；金屬電極為鎳鉻合金；敏感薄膜為氧化釩薄膜。
采用磁控濺射法制備鋁金屬薄膜10。調(diào)節(jié)工藝參數(shù)，控制薄膜膜厚為20nm，如圖 3-b所示。
采用反應(yīng)離子刻蝕方法對(duì)鋁薄膜進(jìn)行表面轟擊。轟擊氣體為由CF4與CHF3組成的混合氣體，氣體流量比為20 sccm:20sccm，射頻功率為500W，反應(yīng)室壓力為5Pa，轟擊時(shí)間為lOmin，形成粗糙且富集氟離子的金屬薄膜表面，如圖3-c所示。
將表面富集氟離子的鋁薄膜放置于一定濕度的環(huán)境中，控制濕度為70%，放置時(shí)間為12小時(shí)，氟和水汽起反應(yīng)生成大量結(jié)晶缺陷11，使金屬薄膜黑化。形成具有高表體比、低反射率的粗糙黑化金屬薄膜太赫茲吸收層。如圖3-d所示。
最后進(jìn)行犧牲層材料的釋放，形成MEMS結(jié)構(gòu)的微橋探測(cè)器單元。
實(shí)施例2一種用于吸收太赫茲輻射的粗糙黑化金屬薄膜，該金屬薄膜為制備在鉭酸鋰晶體薄片敏感元件頂層上的太赫茲吸收層，如圖4所示。
鉭酸鋰晶體薄片敏感元件如圖4-a所示。其前期制備流程為在鉭酸鋰晶片12上制備下電極13，用BCB聚合物材料14將鉭酸鋰晶片粘結(jié)到硅基底15上，通過研磨與拋光對(duì) 鉭酸鋰晶片進(jìn)行減薄，制備上電極16，然后在上電極上制備一層介質(zhì)薄膜17。
采用蒸發(fā)法制備鋁金屬薄膜18。調(diào)節(jié)工藝參數(shù)，控制薄膜膜厚為20nm，如圖4_b 所示。
采用反應(yīng)離子刻蝕方法對(duì)鋁薄膜進(jìn)行物理轟擊。轟擊氣體為SF6氣體，氣體流量為 40SCCm，射頻功率為600W，反應(yīng)室壓力為4Pa，轟擊時(shí)間為lOmin，形成粗糙且富集氟離子的 金屬薄膜表面，如圖4-c所示。
將表面富集氟離子的鋁薄膜放置于一定濕度的環(huán)境中，控制濕度為70%，放置時(shí)間 為12小時(shí)，氟和水汽起反應(yīng)生成大量結(jié)晶缺陷19，使金屬薄膜黑化。形成具有高表體比、低 反射率的粗糙黑化金屬薄膜太赫茲吸收層。如圖4-d所示。
通過加熱剝離將敏感元件與基底分離，并刻蝕掉下層的BCB聚合物材料，得到帶 有粗糙黑化金屬薄膜太赫茲吸收層的鉭酸鋰晶體薄片敏感元件，如圖4-e所示。
權(quán)利要求
1.一種用于吸收太赫茲輻射的粗糙黑化金屬薄膜，其特征在于 ①所述金屬薄膜表面被粗糙黑化； ②所述金屬薄膜的黑化表面為晶體缺陷； ③所述金屬薄膜為位于太赫茲探測(cè)器敏感單元頂層的太赫茲吸收層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粗糙黑化金屬薄膜，其特征在于金屬薄膜材料為金、鉍、鈦、鋁或者上述金屬中的任何具有合適性質(zhì)的合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粗糙黑化金屬薄膜，其特征在于表面粗糙度在納米量級(jí)。
4.一種用于吸收太赫茲輻射的粗糙黑化金屬薄膜的制備方法，其特征在于 采用氟基氣體反應(yīng)離子刻蝕金屬薄膜，利用氟基等離子體的物理轟擊制備出表面粗糙的金屬薄膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于吸收太赫茲輻射的粗糙黑化金屬薄膜的制備方法，其特征在于氟離子吸附到金屬薄膜粗糙表面并在表面擴(kuò)散與反應(yīng)，控制放置環(huán)境，促使金屬薄膜粗糙表面生成大量結(jié)晶缺陷，獲得表面富集氟離子的金屬薄膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于吸收太赫茲輻射的粗糙黑化金屬薄膜的制備方法，其特征在于薄膜制備過程包括以下步驟 ①在太赫茲探測(cè)敏感單元的頂層制備金屬薄膜； ②采用氟基等離子體轟擊金屬薄膜使薄膜表面粗糙化并富集氟離子； ③控制放置環(huán)境，促進(jìn)表面氟結(jié)晶現(xiàn)象使薄膜表面黑化； ④清洗去除刻蝕后殘留物。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于吸收太赫茲輻射的粗糙黑化金屬薄膜的制備方法，其特征在于金屬薄膜采用蒸發(fā)或磁控濺射方法制備，調(diào)節(jié)工藝參數(shù)，控制薄膜膜厚為10nm 60nmo
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于吸收太赫茲輻射的粗糙黑化金屬薄膜的制備方法，其特征在于采用反應(yīng)離子刻蝕方法對(duì)金屬薄膜進(jìn)行表面轟擊，轟擊氣體為CF4XHF3或SF6氣體中的一種或它們的混合氣體，設(shè)置氣體流量為l(TlOOsccm，射頻功率為20(T700W，反應(yīng)室壓力為2 20Pa，轟擊時(shí)間為f20min，形成粗糙且富集氟離子的金屬薄膜表面。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于吸收太赫茲輻射的粗糙黑化金屬薄膜的制備方法，其特征在于將表面富集氟離子的金屬薄膜放置于一定濕度的環(huán)境中，控制濕度為509Γ90%，放置時(shí)間為Γ48小時(shí)，利用氟結(jié)晶現(xiàn)象在金屬薄膜表面形成大量結(jié)晶缺陷，制備表面黑化的金屬薄膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于吸收太赫茲輻射的粗糙黑化金屬薄膜及其制備方法，該超薄金屬膜被所述金屬活性刻蝕劑的氟基等離子體轟擊處理，氟基等離子體的物理轟擊使金屬薄膜表面粗糙化。同時(shí)，通過調(diào)節(jié)刻蝕時(shí)氟離子能量與濃度，使大量氟離子吸附到金屬薄膜粗糙表面并在表面擴(kuò)散與反應(yīng)，獲得表面富集氟離子的金屬薄膜?？涛g后氟離子在粗糙的金屬薄膜表面生成大量結(jié)晶缺陷，使金屬薄膜表面黑化。粗糙黑化的金屬薄膜表面結(jié)構(gòu)具有高表體比、低反射率的特點(diǎn)，有效增強(qiáng)太赫茲輻射的吸收性能和效率，且制備工藝簡(jiǎn)單，與MEMS工藝兼容，可廣泛應(yīng)用于太赫茲探測(cè)與成像領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C23F1/12GK102998725SQ20121052982
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月11日
發(fā)明者王軍, 茍君, 楊明, 閆淼, 蔣亞東, 黎威志 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)