激光轉(zhuǎn)印法超材料太赫茲器件的制備技術(shù)研究.pdf

1、超材料是一種基于表面有序微納米結(jié)構(gòu)的人工材料，通過合理地設(shè)計金屬結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)多種自然界材料中不具備的嶄新而特殊的電磁傳播特性，如負折射效應、超透鏡、電磁隱身、高頻磁響應等。目前大多數(shù)太赫茲超材料微結(jié)構(gòu)器件都采用傳統(tǒng)的光刻技術(shù)來制備，但是光刻技術(shù)制備成本較高、周期長、步驟復雜。因此，尋求一種低成本、高效率、步驟簡單且性能優(yōu)越的方法制備微結(jié)構(gòu)器件引起了廣泛關(guān)注。
　　激光轉(zhuǎn)印技術(shù)是一項基于納米金屬懸浮液（納米銀漿）激光誘導轉(zhuǎn)移的新興

2、激光直寫技術(shù)。它通過計算機編制超材料諧振單元結(jié)構(gòu)圖形到空間光調(diào)制器，經(jīng)顯微物鏡成像，照射在涂布有納米銀漿的基底材料上，利用激光脈沖的能量轟擊使被激光光斑照亮的區(qū)域銀層脫落，在敷銀基片或接收襯底上形成微結(jié)構(gòu)器件。該技術(shù)在發(fā)展、定制、修改和修復微電子電路、制備超材料微結(jié)構(gòu)器件等方面具有很大的潛力。我們在國內(nèi)首次研究并利用激光轉(zhuǎn)印技術(shù)成功制備了太赫茲超材料微結(jié)構(gòu)器件。本文的研究工作主要包括：
　?。?）對激光轉(zhuǎn)印技術(shù)進行了系統(tǒng)的研究，包

3、括系統(tǒng)的光路搭建及優(yōu)化、超材料器件加工程序設(shè)計，樣品制備流程、工藝因素影響及工藝優(yōu)化等。目前，我們利用激光轉(zhuǎn)印技術(shù)已實現(xiàn)了在石英晶片上制備正結(jié)構(gòu)和互補結(jié)構(gòu)的超材料微結(jié)構(gòu)器件。對于互補結(jié)構(gòu)器件，器件結(jié)構(gòu)部分被激光光斑照亮脫落；而對于正結(jié)構(gòu)器件，大面積的銀層被光斑照亮而脫落，在敷銀基片上留下未被曝光的器件結(jié)構(gòu)部分。受能量密度的限制，目前制備的正結(jié)構(gòu)器件周期最大為100μm，互補結(jié)構(gòu)器件則沒有這個限制。制備的器件結(jié)構(gòu)最小線寬為4μm，銀層厚度

4、在100nm～500nm范圍內(nèi)可調(diào)，并且呈現(xiàn)出良好的厚度均勻性、清晰的邊緣特征、較少的納米銀顆粒殘留等。
　?。?）利用激光轉(zhuǎn)印技術(shù)在厚度為200μm的石英晶片上制備了一種雙開口環(huán)橋式結(jié)構(gòu)和其互補結(jié)構(gòu)的太赫茲超材料諧振器。利用臺階儀和THz-TDS系統(tǒng)對其性能進行了測試，測試結(jié)果顯示制備的微結(jié)構(gòu)器件共振單元具有良好的重復性，透射譜結(jié)果與模擬仿真分析結(jié)果基本吻合，可以用來制備超材料太赫茲器件。
　?。?）研究了一種互補雙開口環(huán)

5、太赫茲濾波器，該濾波器在0.2-1.4THz范圍內(nèi)有三個諧振峰，可以通過調(diào)節(jié)內(nèi)環(huán)和外環(huán)的結(jié)構(gòu)尺寸靈活選擇諧振頻率的范圍。利用CST模擬仿真分析了在電磁波的作用下濾波器電磁特性變化，外環(huán)對三個通頻帶的產(chǎn)生都有一定的影響，內(nèi)環(huán)主要對第二個通頻帶的產(chǎn)生起作用。運用激光轉(zhuǎn)印技術(shù)在石英晶片表面制備了樣品結(jié)構(gòu)，實驗結(jié)果顯示在0.40THz、0.82THz、1.15THz附近有明顯的諧振效應，與仿真分析結(jié)果基本相符。
　　目前我們使用的是低粘度