太赫兹微测辐射热计的设计与制备

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电磁波谱中,太赫兹(Terahertz,THz)波段位于微波与红外之间,一般认为频率在0.1THz~10THz。所谓的“太赫兹空隙”是由于缺乏相应的 THz光源和 THz探测器而被人们所赋予的。由于THz波探测技术可以应用于诸多领域,例如非无损探测、安检和生物医药等,近年来THz探测引起了人们浓厚的研究兴趣。研究具有实时探测、整列成像、室温工作、体积小、成本低的THz探测成像技术对推进太赫兹科技发展和实际应用具有重要意义。采用基于微测辐射热计的微桥技术是实现THz探测器件的重要技术手段。  使微测辐射热计工作在THz波段,首要的改进是增加单独的THz吸收层,并优化其薄膜厚度,来提高辐射吸收率;其次是加长桥腿长度或减小桥腿宽度来减少热传导中的热损耗,以及增大探测单元的吸收面积来提高THz辐射吸收量。本利用 IntelliSuite软件对所设计的微测辐射热计结构进行了热学和力学仿真,结果表明,增大桥腿宽度显著降低了探测单元的绝热性能,而带来的力学性能改善却很微弱;增大单元面积可以显著提高热学性能,但同时也显著降低了力学性能。因此,在设计适用于THz波段的探测单元时,在保证力学稳定性的前提下,可以尽量的减小桥腿宽度和增大单元面积。  同时,本文对各探测单元进行了实际制备,观测结果表明,探测单元的面积大小显著影响着其力学稳定性,桥腿的加宽不能明显的改善单元形变情况,与力学仿真结果一致。  NiCr合金是较为适合的THz吸收层材料,理论分析表明它对某一频段的THz辐射存在吸收峰值,且吸收峰值集中在约10nm~30nm的厚度区间内,因此可以通过优化NiCr吸收层的薄膜厚度可以使其达到较高的THz吸收率。实际测试数据表明,NiCr薄膜对1THz及其以下的频段内的吸收率非常微弱;在1THz~2.5THz的频段内,NiCr薄膜的THz吸收率呈现上升趋势,其中,10nm~30nm厚度区间内的NiCr薄膜吸收率较高,约为10~20%,与理论分析结果较为符合。
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