折叠十字型太赫兹薄膜滤波器及制备方法与流程

本发明涉及一种太赫兹金属网格滤波器，尤其涉及一种折叠十字型太赫兹薄膜滤波器及制备方法。

背景技术：

随着太赫兹技术的快速发展，各种太赫兹的仪器在军事、通信、航空等领域的应用越来越广。在太赫兹系统中，带通滤波器是不可或缺的元件。由于孔阵列的金属网格各单元之间相互耦合，金属中的自由电子与入射电磁波发生共振，形成增强透射，共振波长由结构尺寸决定，因此孔阵列的金属网格结构常作为带通滤波器。太赫兹金属网格滤波器在准光系统和远红外波段最初是作为空间滤波器为拒绝背景热辐射而避免灵敏探测器饱和而发展起来的。

在太赫兹空隙领域，太赫兹波是指频率为0.1～10thz、介于毫米波和红外线之间的电磁波，兼顾光子学和电子学方面的优势。太赫兹金属网格滤波器作为太赫兹系统的核心元件，在太赫兹系统中除了具有一般滤波器的频率选择性、噪声滤除、增益均衡等作用外，由于超快光电子学技术的发展，以及超外差式和直接探测器的研究等太赫兹探测方面的进展，太赫兹技术在物体成像、环境监测和安全检查、医疗诊断、射电天文、宽带通信、雷达和目标识别等领域也具有重大的科学价值和广阔的应用前景。

太赫兹金属网格滤波器的另一个重要应用是用作红外传感器，所需频率的能量能透过太赫兹网格滤波器，并被它下面的感光介质材料充分吸收，而对不需要的辐射则反射掉；在近红外和可见光区域，太赫兹网格滤波器还被设计成太阳能吸收表面，用来帮助吸收太阳能。在通带内的太阳光可以充分透过，通带外的太阳光则被反射掉，从而获得较纯净的太阳能。

传统形状的金属网格的结构，虽然能够实现对共振波长和透过率的调节，但是自由度低和金属网格结构在短波区存在旁瓣，这些问题严重影响作为单带通滤波器的应用。

技术实现要素：

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种折叠十字型太赫兹薄膜滤波器及制备方法。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种折叠十字型太赫兹薄膜滤波器，包括若干周期性排列的金属孔阵列和金属薄膜，金属孔阵列内嵌在金属薄膜里面。金属孔阵列的形状为折叠十字型，金属薄膜为镂空的单层金属镍薄膜。

每个金属孔包括4个折叠十字型臂，折叠十字型臂包括十字臂和折叠臂，折叠臂垂直于十字臂，且四个折叠臂的方向一致。

一种折叠十字型太赫兹薄膜滤波器的制备方法，包括以下步骤：

(3)在洁净的硅片基底上，利用磁控溅射镀膜工艺，蒸镀一层铜金属膜；

(4)在镀有铜层的硅片基底上，用旋涂机旋涂一层光刻胶，利用紫外曝光技术，制备得有设计结构的硅片基底；

(3)将有设计结构的硅片基底置于金属镍电镀液中进行电镀，电镀时阳极为金属镍板，阴极为有设计结构的镀铜层硅片，制备得带有基底的金属镍薄膜；

(4)将带有基底的金属镍薄膜放入nh3h2o和h2o2溶液中进行湿法腐蚀，腐蚀掉金属镍和基底硅片之间的铜层，从而使金属镍薄膜从基底上脱落下来，制备得单层金属镍薄膜；

(5)将金属薄膜放入丙酮中加热，同时外加超声，祛除金属镍孔中的光刻胶，制备得镂空的单层镍金属孔薄膜。

有益效果：本发明提供了一种高自由度、短波区的旁瓣更加远离主透射峰实现在更大频谱范围良好的带外抑制的折叠十字结构滤波器，及折叠十字结构滤波器的制备方法。本发明提供的折叠十字型太赫兹薄膜滤波器，不仅具有很高的主共振峰透过率，同时由于折叠臂的加入使该结构在中心波长、透过率和旁瓣抑制的设计上具有更好的灵活度和使短波区的旁瓣更加远离主透射峰，实现在更大频谱范围良好的带外抑制，这样将会极大改善滤波器的滤波效果。

附图说明

图1是折叠十字型太赫兹薄膜滤波器示意图；

图2是折叠十字型太赫兹薄膜滤波器制备方法流程图；

图3是滤波器实际结构的显微镜观察图；

图4是滤波器实际结构的透过率测试图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

如图1所示是本发明所述的折叠十字型太赫兹薄膜滤波器，包括若干周期性排列的金属孔阵列1和金属薄膜2，金属孔阵列1的形状为折叠十字型，每个金属孔包括4个折叠十字型臂，折叠十字型臂包括十字臂和折叠臂，内嵌在金属薄膜2里面；金属薄膜2为镂空的单层金属镍薄膜。金属膜2的厚度约6-12微米，优选8微米；金属孔阵列1的周期是微米量级。该太赫兹薄膜滤波器是基于孔阵列金属网格孔各单元之间的相互耦合，金属中的自由电子与入射电磁波发生共振，形成增强透射，大大提高主共振峰的透过率。

十字型的金属孔阵列1的每十字臂上都增设有折叠臂，故称折叠十字型，折叠臂垂直于十字臂，且四个折叠臂的方向一致。折叠臂的加入，主共振波长变长了从而使得共振的波长更加远离了短波区的旁瓣，同时折叠臂可以实现对共振波长的微调。该结构具有设计更为灵活和在更大频谱范围滤波效果更为优良的优点。

实施例1

如图3-4所示，设置金属孔阵列1的周期g为136微米、主臂长a为98微米，折叠臂w为30微米、臂宽b为6微米，可以实现共振频率为1thz的滤波器。金属薄膜2的厚度约为8微米。

如图2所示是本发明所述的折叠十字型太赫兹薄膜滤波器的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)取一片洁净的硅片作为基底，厚度约为400nm，利用磁控溅射镀膜工艺，蒸镀一层100nm厚的铜金属膜。镀铜金属膜是为了在后续电镀中将镀铜导电层作为阴极使用，同时在进行腐蚀的时候，减少腐蚀液对金属镍薄膜的损害。

(2)在镀有铜层的硅片基底上，用旋涂机旋涂一层厚度为12um的su-82010光刻胶，利用紫外曝光技术，制备得有设计结构的硅片基底。

(3)将有设计结构的硅片基底置于金属镍电镀液中进行电镀，电镀时阳极为金属镍板，阴极为有设计结构的镀铜层硅片，在60℃左右的温度下，电镀10min左右，制备得带有基底的金属镍薄膜。

(4)将制备的带有基底的金属镍薄膜放入nh3h2o和h2o2的溶液中进行湿法腐蚀，腐蚀掉金属镍和基底硅片之间的铜层，从而使金属镍薄膜从基底上脱落下来，制备得单层金属镍薄膜。nh3h2o和h2o2的溶液比例优选1∶1。

(5)将制备的金属薄膜放入丙酮中，并在50-80℃，优选60℃的环境中加热10小时左右，同时外加超声，祛除金属镍孔中的光刻胶，制备得镂空的单层镍金属孔薄膜。

该制备方法工艺简单，重复性好、可靠性高，适于工业化生产。结合了现在的光刻-电镀工艺以及金属镀膜工艺，可以精确控制结构的尺寸大小，在保证重复性与可控性的基础上，能够实现很好的滤波效果，具有十分广阔的应用前景。

实施例2

如图3-4所示，设置金属孔阵列1的周期g为112微米、主臂长a为62微米，折叠臂w为22微米、臂宽b为6微米，实现共振频率为1.5thz的滤波器。金属薄膜2的厚度约为8微米，其余部分同实施例1。

实施例3

如图3-4所示，设置金属孔阵列1的周期g为98微米、主臂长a为49微米，折叠臂w为15微米、臂宽b为6微米，实现共振频率为2.0thz的滤波器。金属薄膜2的厚度约为8微米，其余部分同实施例1。

实施例4

如图3-4所示，设置金属孔阵列1的周期g为89微米、主臂长a为41微米，折叠臂w为11微米、臂宽b为6微米，实现共振频率为2.5thz的滤波器。金属薄膜2的厚度约为8微米，其余部分同实施例1。