一种超薄金属膜太赫兹吸收层及其制备方法

摘要

本发明公开了一种超薄金属膜太赫兹吸收层及其制备方法，该吸收层制备在太赫兹探测器敏感单元的顶层。所述超薄金属膜通过刻蚀减薄较大厚度的金属薄膜制备，在刻蚀减薄过程中调节工艺参数与刻蚀剂浓度分布，造成微区刻蚀速率差异，获得粗糙、多孔、黑化的超薄金属膜。刻蚀的方法有两种：一种是用反应离子刻蚀方法与干法刻蚀的后腐蚀现象将金属薄膜刻蚀为超薄金属膜，具有易控制反应过程与超薄金属膜厚度等优点；另一种是用湿法化学腐蚀方法将金属薄膜腐蚀为超薄金属膜，具有易控制超薄金属膜表面形貌与颜色等优点。粗糙、多孔、黑化的金属薄膜表面结构具有高表体比、低反射率的特点，有效增强太赫兹辐射的吸收性能和效率。

主权项

一种超薄金属膜太赫兹吸收层的制备方法，所述太赫兹吸收层为表面粗糙、多孔、黑化的超薄金属膜；所述太赫兹吸收层的厚度为20nm～300nm；所述超薄金属膜吸收层位于太赫兹探测器敏感单元的顶层；太赫兹吸收层材料为金、铋、铝、钛、NiCr或者上述金属中的任何具有合适性质的合金，其特征在于，制备方法为：通过刻蚀减薄较大厚度的金属薄膜，制备出表面粗糙、多孔、黑化的超薄金属膜太赫兹吸收层；在刻蚀减薄过程中调节工艺参数与刻蚀剂浓度分布，造成微区刻蚀速率差异，刻蚀减薄金属薄膜至所需厚度后获得粗糙、多孔、黑化的超薄金属膜，所述刻蚀的方法为反应离子刻蚀法或湿法化学腐蚀法；反应离子刻蚀法的具体步骤为：①在制备金属薄膜前，先清洗敏感单元顶层表面，去除表面沾污，并对衬底进行200℃下烘烤，除去表面的水汽；②采用蒸发或磁控溅射法制备金属薄膜，调节工艺参数，控制薄膜膜厚为20nm~300nm；③采用反应离子刻蚀法刻蚀金属薄膜为表面粗糙的超薄金属膜，刻蚀气体中刻蚀剂为BCl₃和Cl₂；中性气体N₂或CH₄，设置BCl₃和Cl₂的流量比为10:30~90：10，射频功率为200~800W，反应室压力为2~10Pa，金属的刻蚀速率30~300nm/min，根据金属薄膜厚度和刻蚀工艺参数控制刻蚀时间，刻蚀后剩下的金属薄膜厚度在10nm~60 nm内，形成表面粗糙的超薄金属膜；④将反应离子刻蚀后的金属薄膜放置于具有一定湿度的环境中，控制湿度为50%~90%，放置时间为4~48小时，金属薄膜表面残留的氯化物与水汽发生自循环反应生成盐酸（HCl），由此产生的后腐蚀现象对铝膜表面进一步粗糙化，形成具有高表体比的超薄金属膜太赫兹吸收层；⑤清洗金属薄膜，去除刻蚀后残留物；所述湿法化学腐蚀法的具体步骤为：①在制备金属薄膜前，先清洗敏感单元顶层表面，去除表面沾污，并对衬底进行200℃下烘烤，除去表面的水汽；②采用蒸发或磁控溅射法制备金属薄膜，调节工艺参数，控制薄膜膜厚为20nm~300nm；③采用湿法化学腐蚀法腐蚀金属薄膜至表面粗糙、多孔、黑化的超薄金属膜，腐蚀液为磷酸、硝酸、氢氟酸或硝酸铈铵中的一种或多种与醋酸、双氧水或水中的一种或几种配制的金属腐蚀液，金属薄膜的腐蚀速率10~200nm/min，刻蚀片内非均匀性低于10%，根据薄膜厚度和腐蚀工艺参数控刻蚀时间制，同时观察金属薄膜表面颜色与形貌，使腐蚀剩下的金属薄膜厚度在10nm~60 nm内，形成表面粗糙、多孔、黑化的超薄金属膜太赫兹吸收层；④清洗金属薄膜，去除腐蚀后残留物。