【摘要】：太赫茲(Terahertz,THz)波是指頻率在0.1-10THz范圍內(nèi)的電磁波,介于毫米波與紅外波之間。與其它波段的電磁輻射相比具有瞬態(tài)性、寬帶性、低能性、穿透性、懼水性等獨(dú)特性質(zhì)。太赫茲探測(cè)器是太赫茲科學(xué)技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵器件之一,太赫茲波吸收材料及吸收結(jié)構(gòu)是高性能太赫茲探測(cè)器的重要保障。本論文針對(duì)太赫茲吸收展開(kāi)超材料結(jié)構(gòu)及多孔粗糙材料的設(shè)計(jì)與制備研究。超材料結(jié)構(gòu)被證實(shí)可以高效吸收設(shè)定頻段太赫茲波輻射,但該結(jié)構(gòu)與基于微測(cè)輻射熱計(jì)的探測(cè)單元兼容性差,本論文設(shè)計(jì)了基于微橋結(jié)構(gòu)的超材料圖形并進(jìn)行了分析優(yōu)化。本文先設(shè)計(jì)尺寸為56μm×56μm十字架超材料結(jié)構(gòu),CST仿真軟件模擬結(jié)果表明,該結(jié)構(gòu)在2.52THz處對(duì)太赫茲波的吸收率近100%;通過(guò)該超材料結(jié)構(gòu)的電場(chǎng)、表面電流、功率流、功率損耗等的信息分布可以看出吸收的太赫茲波輻射電場(chǎng)主要分布在頂層結(jié)構(gòu)上,吸收頻率主要由頂層結(jié)構(gòu)決定,入射太赫茲輻射的功率損耗主要分布在介質(zhì)層。本文還設(shè)計(jì)了不同尺寸和厚度的超材料結(jié)構(gòu),通過(guò)CST仿真確定了超材料結(jié)構(gòu)對(duì)太赫茲輻射吸收的關(guān)系。為了將超材料圖形與微橋結(jié)構(gòu)兼容需縮小超材料圖形尺寸,本文設(shè)計(jì)了一種頂端擴(kuò)展的十字架結(jié)構(gòu),尺寸單元為28μm×28μm,仿真模擬表明該結(jié)構(gòu)對(duì)相同頻率的太赫茲波也能實(shí)現(xiàn)將近100%的吸收。同時(shí),對(duì)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了實(shí)際制備,測(cè)試結(jié)果表明,對(duì)太赫茲輻射有明顯的吸收峰。本文還設(shè)計(jì)新穎的鋸齒狀微型天線對(duì)結(jié)構(gòu),與一般的天線相比具有尺寸小的特點(diǎn),該結(jié)構(gòu)在2.75THz處對(duì)太赫茲波的吸收率接近1。制備完成的天線結(jié)構(gòu)測(cè)試表明對(duì)太赫茲輻射有明顯的吸收峰。在多孔粗糙表面吸收方面,本文設(shè)計(jì)并用直流電化學(xué)腐蝕法制備了單層多孔硅結(jié)構(gòu)。通過(guò)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)參數(shù)確定了直流電流參數(shù)為0.125A,腐蝕時(shí)間為20-30min,可以制備效果較好的單層多孔硅。在單層多孔硅表面鍍上厚度20nm的NiCr金屬薄膜,這種復(fù)合結(jié)構(gòu)作為太赫茲輻射吸收層,通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)多孔硅與NiCr薄膜相結(jié)合的吸收層對(duì)太赫茲輻射的吸收率最高能達(dá)到33.5%。
[Abstract]:Terahertz (Terahertz,THz) wave is a kind of electromagnetic wave with frequency in the range of 0.1-10THz, which is between millimeter wave and infrared wave. Compared with the electromagnetic radiation of other wavebands, the electromagnetic radiation has the characteristics of transient, broad band, low energy, penetrating and water-repellent. Terahertz detector is one of the key devices in the application of terahertz science and technology. The terahertz wave absorbing material and structure are the important guarantee for the high performance terahertz detector. In this paper, the structure of terahertz absorption supermaterial and the design and preparation of porous rough material are studied. The supermaterial structure has been proved to absorb terahertz radiation in the set frequency band efficiently, but this structure is not compatible with the detection unit based on the micrometer radiometer. In this paper, the supermaterial graphics based on the microbridge structure are designed and analyzed and optimized. In this paper, the size of 56 渭 m 脳 56 渭 m cross superstructure is first designed. The simulation results of CST software show that the absorption of terahertz wave at 2.52THz is nearly 100%. Through the information distribution of electric field, surface current and power loss of the supermaterial structure, it can be seen that the absorbed terahertz wave radiation electric field is mainly distributed on the top structure, and the absorption frequency is mainly determined by the top structure. The power loss of the incident terahertz radiation is mainly distributed in the dielectric layer. The superstructure with different size and thickness is also designed in this paper. The relationship between the terahertz radiation absorption of the supermaterial structure and the terahertz radiation absorption is determined by CST simulation. In order to make the metamaterial graphics compatible with the micro-bridge structures, we need to reduce the size of the metamaterial graphics. In this paper, we design a kind of cross structure with an extended top. The size unit is 28 渭 m 脳 28 渭 m. Simulation results show that the structure can also achieve nearly 100% absorption of terahertz waves at the same frequency. At the same time, the experimental results show that the terahertz radiation has an obvious absorption peak. In this paper, a novel sawtooth micro antenna pair structure is designed. Compared with the common antenna, the structure has the characteristics of small size. The absorption rate of terahertz wave at 2.75THz is close to 1. The structure test of the prepared antenna shows that there is an obvious absorption peak for terahertz radiation. In the aspect of porous rough surface absorption, the monolayer porous silicon structure was fabricated by DC electrochemical etching method. By optimizing the experimental parameters, the DC current parameter is 0.125A, the corrosion time is 20 min, and the monolayer porous silicon can be prepared. NiCr metal thin film with thickness of 20nm was deposited on the surface of single layer porous silicon. The composite structure was used as terahertz radiation absorbing layer. It was found that the absorption rate of terahertz radiation was up to 33.5% by the absorption layer combined with porous silicon and NiCr film.
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：O441.4

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本文編號(hào)：2463286