基于多孔硅的太赫茲濾波器的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種基于多孔硅的周期性光柵結構的太赫茲濾波器，多孔硅與高阻硅在太赫茲波傳播方向上等間隔交替周期性排列，并且在輸入輸出端設置錐形減反結構。多孔硅區域內微孔平均孔徑0.01-20μm，徑深比為1:50~1：1000。錐形減反結構，其邊長0.01-20μm，錐角為30-120度。高阻硅為基片。本發明的有益效果是：本發明所提出的基于多孔硅的太赫茲濾波器通過調節周期長度和周期數從而方便實現在太赫茲波段的濾波性能參數；與傳統濾波器相比，具有成本低廉，制作方便，損耗小和便于調節等優點。
【專利說明】基于多孔硅的太赫茲濾波器
【技術領域】
[0001]本發明主要涉及一種太赫茲濾波器，具體涉及一種基于多孔硅的太赫茲濾波器。【背景技術】
[0002]太赫茲波介于微波和光波之間，是電子學向光學的過渡區域，有著重要的學術和應用研究價值。早在上世紀70年代，太赫茲波就引起了科學家的關注，但是由于這一波段的產生方法和探測手段相比于微波和光波還十分落后，對太赫茲波段各方面特性的研究和了解還非常有限，而且基本上還停留在理論層次上，形成了所謂的“太赫茲空隙”(Terahertz Gap)。近些年來，太赫茲波的產生和探測技術取得了很大的進展。隨著量子級聯激光器、自由電子激光器、光學差頻方法以及通過光整流等產生較大功率的連續太赫茲波方法的出現，以及超外差式和直接探測器等太赫茲探測技術的發展，使得太赫茲技術的應用成為可能。
[0003]太赫茲系統主要由輻射源、探測器和各種功能器件組成，相對于太赫茲波發射源及探測器的快速發展，太赫茲波段功能器件的發展比較緩慢。很多器件的研究僅停留在設計階段，而少數加工出來的樣品，其測量得到的特性不夠理想，或者是加工工藝較復雜、不易于推廣。現階段迫切需要深入研究開發實用化的太赫茲波段的各種功能器件，促進太赫茲科學技術的研究與應用。
太赫茲技術在生物、國防以及基礎研究等方面有許多重要的應用，但是由于系統噪聲和應用需要等原因，需要濾除某些頻率范圍，以提高系統的性能，實現對太赫茲波技術的實際有效的應用，與之相關的太赫茲濾波器等功能器件至關重要。例如，太赫茲通訊系統中，為了避免同頻干擾，通常采用頻分復用技術——用戶之間采用不同的頻率，這樣就必須使用窄帶太赫茲帶通濾波器將各頻率分量分離。又如，在太赫茲生物探測系統中，采用太赫茲特征譜的方法鑒別生物大分子或者細胞結構，這樣就必須使用太赫茲窄帶濾波器將其太赫茲特征譜所在的頻段濾出加以分析鑒別。可見，太赫茲濾波器是太赫茲系統必不可少的核心基礎部件之一。
[0004]目前，太赫茲濾波器主要有三大類:基于光子晶體的太赫茲濾波器、基于表面等離子體等周期結構的太赫茲濾波器和基于量子阱結構的太赫茲濾波器。但是絕大多數的濾波器都處于實驗室研究階段，距離實用還有一段距離。如光子晶體型濾波器不可調節，損耗比較大；普通的周期性結構的表面等離子體太赫茲濾波器旁瓣抑制比比較低。因此，研制出低損耗、高選擇性的實用化的太赫茲濾波器至關重要。
【發明內容】
[0005]本發明是要提供一種基于多孔硅的太赫茲濾波器，用于克服上述現有太赫茲濾波器的某種或某些缺點。
[0006]為實現上述目的，本發明的技術方案是:
一種基于多孔硅的周期性光柵結構的太赫茲濾波器，包括多孔硅、高阻硅，其特點是:多孔硅與高阻硅在太赫茲波傳播方向上等間隔交替周期性排列，并且在輸入輸出端設置錐形減反結構。
[0007]多孔硅區域內微孔平均孔徑0.01_2(^111，徑深比為1:50~1:1000。錐形減反結構，其邊長0.01-20 μ m，錐角為30-120度。高阻硅為基片。本發明的有益效果是:
本發明所提出的基于多孔硅的太赫茲濾波器通過調節周期長度和周期數從而方便實現在太赫茲波段的濾波性能參數；與傳統濾波器相比，具有成本低廉，制作方便，損耗小和便于調節等優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1是本發明的太赫茲濾波器的整體結構示意圖；
圖2是本發明的太赫茲濾波器的輸入輸出面的錐形減反結構示意圖。
【具體實施方式】
[0009]下面結合附圖詳細描述本發明的基于多孔硅的太赫茲濾波器。本領域技術人員應當理解，下面描述的實施例僅是對本發明的示例性說明，而非用于對其作出任何限制。
[0010]如圖1，2所示，本發明的基于多孔硅的太赫茲濾波器，其主要包括一個多孔硅與高阻硅在太赫茲波傳播方向上等間隔交替周期性排列構成，并且在輸入輸出端采用錐形減反結構。
[0011]h為硅片的厚度，P為結構周期長度，I為多孔硅內微孔的平均孔徑。當入射太
赫茲波的波長遠大于多孔娃內微孔直徑的時候，整個多孔娃層相當于一個體娃結構。其等效折射率neff介于硅3.42和空氣I的折射率之間，由多孔硅的孔隙率決定(負相關)，因而在硅片長度方向上形成了一個有效折射率周期性變化的類光柵結構。其中，結構周期P決定帶通濾波中心頻率(負相關)，周期數決定帶通濾波的帶寬(負相關)。厚度h=0.05-10mm,周期Ρ=5-1000μπι，多孔硅內微孔平均孔徑為0.01-20μπι，徑深比為1: 50到1:10000，長度方向上多孔硅層的占空比0.3-0.7 ;優選情況下，厚度h=0.5-10mm，周期Ρ=5-1000μπι，多孔硅內微孔平均孔徑為0.01-1 μ m，徑深比為1: 100到1:10000，長度方向上多孔硅的占空比為0.5。
[0012]在本發明的一個具體實施例中，厚度h=0.05-10mm,周期Ρ=5_1000 μ m，多孔硅內微孔平均孔徑為0.01-20 μ m，徑深比為1: 50到1:10000，長度方向上多孔硅層的占空比0.3-0.7，錐形減反結構的邊長a為0.01-20 μ m，頂角Θ為30-120度；優選情況下，厚度h=0.5-10mm,周期Ρ=5_1000 μ m,多孔硅內微孔平均孔徑為0.01-1 μ m,徑深比為1: 100到
1:10000，長度方向上多孔硅的占空比0.5，錐形減反結構的邊長a為0.01-1 μ m，頂角Θ為50-70 度。
[0013]在本發明的一個優選實施例中，濾波器的基片材質為高阻硅。
[0014]如圖2所示，太赫茲濾波器的輸入輸出面的錐形減反結構，其中a為錐形結構的邊長，Θ為錐形的頂角。當入射太赫茲波的波長遠大于錐形的特征尺寸的時候，整個錐形層相當于一個體硅結構。其等效折射率nrff將逐漸變化，由錐頂的I (全部為空氣)逐步增加到錐底的3.42 (全部為硅)。根據菲涅爾反射率公式，折射率漸變結構的反射率將遠小于折射率突變的結構，因此該減反結構能有效減少輸入輸出端的反射(如不加減反結構，由于硅在太赫茲波段的折射率約為3.42，與空氣界面的反射率高達30%)，在優選參數的情況下，能減少至多87%的反射。錐形減反結構邊長a為0.01-20 μ m，頂角Θ為30-120度；優選情況下，錐形減反結構的邊長a為0.01-1 μ m，頂角Θ為50-70度。
[0015]本發明的濾波器可以采用光刻+電化學腐蝕+堿制絨的加工工藝來實現:①光刻:先在硅片上面涂光刻膠，然后用光刻機進行曝光，用顯影液清洗掉需要被腐蝕的地方的光刻膠；②電化學腐蝕:用氫氟酸加雙氧水加甲醇的混合溶液，在外加電壓的條件下進行電
化學腐蝕加工形成所需要的柵形多孔硅結構，然后再清洗掉剩余的光刻膠；@堿制絨:在
濾波器的輸入/輸出端的硅面上采用KOH熱溶液進行堿制絨工藝處理，在端面上形成所需要的錐形減反結構。
【權利要求】
1.一種基于多孔硅的周期性光柵結構的太赫茲濾波器，包括多孔硅、高阻硅，其特征在于:所述多孔硅與高阻硅在太赫茲波傳播方向上等間隔交替周期性排列，并且在輸入輸出端設置錐形減反結構。
2.根據權利要求書I所述的太赫茲濾波器，其特征在于:所述多孔硅區域內微孔平均孔徑0.01-20 μ m，徑深比為1: 50?1:1000o
3.根據權利要求書I所述的太赫茲濾波器，其特征在于:所述錐形減反結構，其邊長0.01-20 μ m，錐角為 30-120 度。
4.根據權利要求書I所述的太赫茲濾波器，其特征在于:所述高阻硅為基片。
【文檔編號】H01P1/20GK103779636SQ201410010788
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月10日 優先權日:2014年1月10日
【發明者】袁明輝, 趙堤, 劉順順, 閻祖星, 殷越, 黃鑫, 陳長英, 朱亦鳴 申請人:上海理工大學