基于重掺杂硅的V型槽太赫兹表面等离子体吸波器的研究

发布时间：2020-06-01 02:28

【摘要】：太赫兹吸波器是众多类太赫兹器件中的一项重要分支。随着太赫兹(Terahertz,THz)技术、微纳加工技术的快速发展以及人们越来越高的需求,如何设计和制备出性能良好且均衡的太赫兹吸波器正在成为研究者们越发关注的问题。沟槽,作为一种具有容易激发表面等离子体模式特性的特殊结构,近年来引起了许多人的研究兴趣。在本文中,我们通过实验证明了仅通过简单的湿法腐蚀工艺便可得到具有优异吸波性能的基于重掺杂硅的V型槽太赫兹表面等离子体吸波器。此外,我们还对其他两种重掺杂硅微表面结构进行了实验加工和问题总结。本论文共分三部分,具体内容如下:(1)以基于重掺杂硅的3D V型槽THz表面等离子体吸波器的制备流程为例,从原理、操作流程和注意事项等方面详细讲述了掩膜版编辑、匀胶工艺、激光直写工艺、显影工艺和湿法腐蚀等工艺流程。(2)利用有限元算法(FEM)对设计的基于重掺杂硅的3D V型槽THz表面等离子体吸波器进行了仿真分析,并采用商用n型重掺杂硅片作为基底,通过激光直写和各向异性湿法腐蚀工艺实验制备了该样品。最后再通过反射式太赫兹时域光谱系统(THz-TDS)得到测试结果:在1.27 THz的共振频率点处,吸收率可达99%且吸收率大于90%的带宽约为0.4 THz,该测试结果不光与仿真结果几乎完全对应,更证明了仅通过简单的实验加工便可以得到性能良好吸波器的方法。(3)在重掺杂硅表面加工了能够提高偏振不敏感性质的十字形V型槽吸波器和类金字塔结构。此外,我们对硅微表面结构加工实验中的个别常见问题做了经验性总结并提出了解决方法,这将会对以后重掺杂硅表面结构的制备实验提供经验参考。
【图文】：

该研究还表示表面等离子体的共振频率点可以由槽的夹角、深度、周期等几何参数来调节。如图1.1 所示，(a)(b)(c)(d)分别显示了夹角、深度、入射角及阵列周期对 V 型槽内的场强度的影响，，这对于以后将 V 型槽微结构应用于各个领域的研究具有很大的帮助作用。图 1.1 槽的夹角(a)、深度(b)、入射角(c)及阵列周期(d)对槽内场强的影响

吸波原理在于如下方程：wkrqwkc2()2 其中dk k 0 ，mddmr ()，qc(w)代表间隙表面等离子体(Gap-Surface-Pl沟槽的宽度，k 和 k0分别代表了在介质和真空中和金属的介电常数。其吸波原理是，当入射光在吸波器的表面时，GSP 模式会被激发，并且播，由该沟槽结构的几何特性(图 1.2(a))可知，时代入方程可知 qc(w)会无限增大，这预示着 GS渐衰减，也就相当于能量被金属吸收。从此项激发表面等离子体的沟槽结构用于吸波领域的离子体在结构中慢慢被衰减。
【学位授予单位】：中国计量大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O441;O53

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本文编号：2690831