一種基于低電壓驅動液晶材料的可調諧太赫茲超材料濾波器及其制備方法
【專利摘要】一種基于低電壓驅動液晶材料的可調諧太赫茲超材料濾波器及制備方法。要解決現有的太赫茲超材料濾波器的工作波長固定，工作帶寬有限，應用范圍窄，結構及制備工藝復雜，可靠性低的問題。本發明濾波器為多層平板結構，包括玻璃襯底層、第一金屬結構層、絕緣層、金屬種子層、第二金屬結構層、液晶材料和玻璃蓋板；制備方法：一、制備金屬結構層；二、制備絕緣層；三、制備金屬種子層；四、制備電鍍用模具結構；五、制備周期性縫隙金屬結構；六、填充液晶材料，蓋玻璃蓋板。本發明濾波器所需的電壓減小、結構簡單，調諧范圍寬，響應時間快，極化不敏感，化學穩定性好。本發明方法適用于制備低電壓驅動液晶材料的可調諧太赫茲超材料濾波器。
【專利說明】
一種基于低電壓驅動液晶材料的可調諧太赫茲超材料濾波器及其制備方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種基于低電壓驅動液晶材料的可調諧太赫茲超材料濾波器及其制備方法
【背景技術】
[0002]超材料(Metamaterial)是由周期性排列的亞波長結構單元組成的人工電磁材料，其電磁特性取決于結構單元的形狀、尺寸和排列方式，通過合理設計結構單元可有效地控制電磁波的傳播，實現自然材料不具備的超常電磁特性，例如負折射、電磁隱身和光學變換等特性。目前，隨著超材料研究不斷深入，其工作頻率從最初的微波波段擴展到太赫茲波和可見光區域。太赫茲(Terahertz)波是指頻率在0.1?1THz的電磁波譜，處在電子學和光子學交叉區域。與其它頻段的電磁波相比，表現出一系列特殊的電磁性質，可廣泛應用在成像、傳感以及大容量通訊等領域。然而，由于缺乏有效地產生和檢測方法，以及自然界中大多數材料對太赫茲波響應非常弱，使得人們對太赫茲波的了解非常有限，是電磁波譜中有待完全開發的頻段，以至于通常把該頻率范圍稱為“太赫茲空隙”。
[0003]近年來，超材料與太赫茲波相結合(即太赫茲超材料)引起人們廣泛關注和興趣，逐漸成為超材料研究新分支和熱點，其根本原因是超材料對太赫茲波有明顯的電磁響應，能有效地控制太赫茲波的傳輸和輻射。目前，已設計和制備出基于不同結構的太赫茲超材料濾波器，使得它們在通訊、安全檢測檢、生化傳感等領域都具有潛在的應用價值和應用前景。然而，現有的太赫茲超材料濾波器對電磁波的響應主要取決于結構單元，其形狀和尺寸一旦確定，所對應的工作波長和帶寬也固定，只能在有限的工作帶寬內實現單一功能，嚴重地制約和限制應用范圍。
[0004]為了克服上述缺陷，通過集成活性材料實現對太赫茲波動態調控，進而實現對其奇異電磁特性的實時控制和動態調諧，由此形成了電磁學領域的一個新的研究熱點:可調諧太赫茲超材料濾波器(Tunable Terahertz Metamaterial Filter)。
[0005]目前，可調太赫茲超材料濾波器研究已有很多報道，成為最前沿的科技領域之一，吸引人們的廣泛的關注和興趣。2013年，Y.H.Zhu等人提出基于溫控V02電導率的雙帶可調的太赫茲超材料濾波器。2014年，K.Yang等人制備了基于石墨稀調諧的太赫茲超材料濾波器。Z.L.Han等人利用靜電驅動MEMS結構形變重構太赫茲超材料結構單元實現太赫茲可調諧濾波器。然而，上述溫度可調諧太赫茲超材料濾波器需要引入熱驅動，這將會增加超材料結構的復雜性;而MEMS結構制備工藝復雜以及可靠性低。總之，這些缺陷將會給超材料濾波器的實際應用帶來很大的難度。相比其他調諧手段太赫茲濾波器，液晶材料調諧受到了很多關注。液晶材料的結構和特性介于固態晶體與各項同性液體之間，是有序性的流體，作為調諧材料有較大的電光系數，在電場或磁場的作用下，起折射率變化可達0.2以上，可獲得較大的調諧量；另外，液晶具有成本低廉，對人體無危害，對電場比較敏感，化學穩定性好，透明和很容易進入各種尺寸的結構中等優點。
[0006]如可直接低電壓靜電調節超材料濾波器中液晶材料的介電常數，將有效簡化可調諧太赫茲超材料濾波器結構復雜性和加工難度，以及提高其可靠性，從而大大地推進其實用化進程。

【發明內容】

[0007]本發明為了解決現有的太赫茲超材料濾波器的工作波長固定，工作帶寬有限，應用范圍窄，結構及制備工藝復雜，可靠性低和制備成本高的問題，而提出一種基于低電壓驅動液晶材料的可調諧太赫茲超材料濾波器及其制備方法。
[0008]—種基于低電壓驅動液晶材料的可調諧太赫茲超材料濾波器，該濾波器為多層平板狀，包括玻璃襯底層、第一金屬結構層、絕緣層、金屬種子層、第二金屬結構層、液晶材料和玻璃蓋板；
[0009]所述第一金屬結構層設置于玻璃襯底層上表面，第一金屬結構層由矩形陣列排布的圓柱形金屬和連接圓柱形金屬的長條形金屬組成；
[0010]所述絕緣層設置于圓柱形金屬和長條形金屬圍成的區域內，以及長條形金屬上表面;絕緣層的上表面為平面；
[0011]所述金屬種子層設置于絕緣層的上表面和圓柱形金屬上表面，金屬種子層上表面為平面；圓柱形金屬上表面的金屬種子層和絕緣層的上表面的金屬種子層之間為圓環形空隙，寬度為2?20μπι;
[0012]所述第二金屬結構層設置于金屬種子層上表面，具有圓環形空隙，第二金屬結構層的上表面為平面，第二金屬結構層的圓環形空隙與金屬種子層之間的圓環形空隙上下貫通；
[0013]所述液晶材料填充于金屬種子層之間的圓環形空隙和第二金屬結構層的圓環形空隙中；
[0014]所述玻璃蓋板設置于第二金屬結構層的上表面。
[0015]所述圓柱形金屬和長條形金屬為N1、Cr、Al、Ag、Au或Cu，圓柱形金屬和長條形金屬的高度為0.2?Ιμπι;絕緣層為二氧化硅、氮化硅、氧化鋁、光刻膠、聚酰亞胺、苯并環丁烯或聚二甲基丙稀酰胺;長條形金屬上表面的絕緣層厚度為0.5?4μηι;金屬種子層為N1、Cr、Ni合金或Cr合金；絕緣層的上表面的金屬種子層高度為20?10nm;第二金屬結構層為Au或Cu，高度為5?50μπι;液晶材料為DFLC液晶材料、LC1825液晶材料、Ε7液晶材料、5CB液晶材料或ΤΕΒ30Α液晶材料。
[0016]本發明基于低電壓驅動液晶材料的可調諧太赫茲超材料濾波器的制備方法按以下步驟進行:
[0017]一、利用材料生長工藝，在玻璃襯底上制備第一金屬結構層;所述材料生長工藝為電子束蒸發、真空蒸鍍、濺射或化學氣相淀積；
[0018]二、利用機械旋涂工藝、原子層淀積工藝或化學氣相淀積，在第一金屬結構層中圓柱形金屬和長條形金屬圍成的區域內，以及長條形金屬上表面制備絕緣層；
[0019]三、利用材料生長工藝，絕緣層的上表面和圓柱形金屬上表面制備金屬種子層，圓柱形金屬上表面的金屬種子層和絕緣層的上表面的金屬種子層之間為圓環形空隙，寬度為
2?20μπι;所述材料生長工藝為電子束蒸發、真空蒸鍍、濺射或化學氣相淀積；
[0020]四、利用機械旋涂工藝，在步驟三的圓環形空隙底部的絕緣層上旋涂一層光刻膠，將光刻膠依次經UV-LIGA工藝曝光和顯影，形成電鍍用模具結構；所述光刻膠為SU-8光刻膠、PMMA光刻膠或AZ光刻膠;所述旋涂光刻膠的厚度為5?50μπι;
[0021]五、利用電鍍用模具結構做為電鍍模具，進行電鍍金屬，形成第二金屬結構層;第二金屬結構層的圓環形空隙與金屬種子層之間的圓環形空隙上下貫通；
[0022]六、去除步驟五中形成的電鍍用模具結構，并在電鍍用模具結構去除后留下的縫隙中填充液晶材料，蓋上玻璃蓋板，即完成基于低電壓驅動液晶材料的可調諧太赫茲超材料濾波器的制備。
[0023]本發明具備以下有益效果:
[0024]1、本發明濾波器是基于低電壓驅動液晶材料的可調諧太赫茲超材料濾波器，是多層結構的器件，通過在絕緣層上設計和制備第二金屬結構層，它是周期性縫隙結構，使第二金屬結構層金屬具有偶極子，可在特定的頻段內產生幅值較大的傳輸光譜;又因為靜電壓驅動液晶分子的轉向改變液晶材料的介電常數，使該傳輸光譜發生平移，從而實現高幅值可調諧太赫茲超材料帶通濾波器的功能。
[0025]2、本發明濾波器工作時，可以分別從長條形金屬引出連線，實現側向加電壓控制液晶分子的轉向，這與傳統的垂直方向加載電壓的可調諧液晶濾波器相比，由于圓環形空隙的寬度小，因此所需的電壓減小，并且結構簡單，降低了操作的難度，使之變得靈活方便。同時，現有的垂直加載電壓的液晶可調諧超材料濾波器中填充有ΙΟΟμπι厚的液晶材料，在太赫茲波段，較厚的液晶將會產生很大的雙折射，并減慢液晶材料折射率的改變，因此導致濾波器響應時間很長，本發明所采用的液晶厚為2?20μπι，加上電壓后，液晶分子發生轉動并重新定位，介電常數發生變化的速度變快，因此響應時間明顯加快。
[0026]3、現有的超材料濾波器的工作帶寬窄，本發明濾波器通過加載可變電壓的電場控制液晶方向偏轉，改變液晶材料的介電常數，可實現從0.56ΤΗζ至0.7ΤΗζ寬范圍調諧，從而解決濾波器工作頻率過窄的技術問題，使本發明濾波器可應用于太赫茲通訊、傳感、成像等領域；
[0027]4、本發明濾波器中結構中，第二金屬結構層5被液晶材料分割為距離為2?20μπι兩部分，并且形成了兩個電極，電極之間的距離(也就是液晶層的厚度)越小，所加驅動電壓也就越小，現有濾波器的驅動電壓有幾百甚至幾千伏的，本發明濾波器的驅動電壓可以低至幾十伏甚至幾伏。
[0028]5、本濾波器的單元結構具有360度中心對稱特點，對入射電磁波極化不敏感。
[0029]6、本發明濾波器具有結構簡單、操作容易、低電壓調諧、極化不敏感;并且采用的液晶材料具有成本低廉，對人體無危害，對電場比較敏感，化學穩定性好，透明和很容易進入各種尺寸的結構中等優點。
【附圖說明】
[0030]圖1為可調諧太赫茲超材料濾波器示意圖；I為玻璃襯底層、2為第一金屬結構層、3為絕緣層、4為金屬種子層、5為第二金屬結構層，6為液晶材料，7為玻璃蓋板；
[0031]圖2為本發明第一金屬結構層示意圖，I為玻璃襯底層、2-1為圓柱形金屬，2-2為長條形金屬；
[0032]圖3為本發明中絕緣層示意圖，I為玻璃襯底，2-1為圓柱形金屬，2-2為長條形金屬，3為絕緣層；
[0033]圖4為本發明金屬種子層示意圖，I為玻璃襯底，2為第一金屬結構層，3為絕緣層，4為金屬種子層；
[0034]圖5為本發明電鍍用模具結構示意圖，I為玻璃襯底，2為第一金屬結構層，3為絕緣層，4為金屬種子層，a為電鍍用模具結構；
[0035]圖6為本發明電鍍用模具結構示意圖，I為玻璃襯底，2為第一金屬結構層，3為絕緣層，4為金屬種子層，5為第二金屬結構層；
[0036]圖7為本發明液晶材料示意圖，I為玻璃襯底，2為第一金屬結構層，3為絕緣層，4為金屬種子層，5為第二金屬結構層，6為液晶材料；
[0037]圖8為實施例1可調諧太赫茲超材料濾波器測試結果圖，其中曲線I的介電常數ε為2.27，曲線2的介電常數ε為2.41，曲線3的介電常數ε為2.64，曲線4的介電常數ε為2.98 ；
[0038]圖9為實施例2可調諧太赫茲超材料濾波器測試結果圖，其中曲線I的介電常數ε為2.57，曲線2的介電常數ε為2.92，曲線3的介電常數ε為3.46，曲線4的介電常數ε為3.74，曲線4的介電常數ε為4.01。
【具體實施方式】
[0039]本發明技術方案不局限于以下所列舉【具體實施方式】，還包括各【具體實施方式】間的任意合理組合。
[0040]【具體實施方式】一:結合圖1?4，圖6和圖7說明本實施方式，本實施方式一種基于低電壓驅動液晶材料的可調諧太赫茲超材料濾波器，該濾波器為多層平板狀，包括玻璃襯底層1、第一金屬結構層2、絕緣層3、金屬種子層4、第二金屬結構層5、液晶材料6和玻璃蓋板7;
[0041]所述第一金屬結構層2設置于玻璃襯底層I上表面，第一金屬結構層2由矩形陣列排布的圓柱形金屬2-1和連接圓柱形金屬2-1的長條形金屬2-2組成；
[0042]所述絕緣層3設置于圓柱形金屬2-1和長條形金屬2-2圍成的區域內，以及長條形金屬2-2上表面;絕緣層3的上表面為平面；
[0043]所述金屬種子層4設置于絕緣層3的上表面和圓柱形金屬2-1上表面，金屬種子層4上表面為平面；圓柱形金屬2-1上表面的金屬種子層和絕緣層3的上表面的金屬種子層之間為圓環形空隙，寬度為2?20μηι;
[0044]所述第二金屬結構層5設置于金屬種子層4上表面，具有圓環形空隙，第二金屬結構層5的上表面為平面，第二金屬結構層5的圓環形空隙與金屬種子層4之間的圓環形空隙上下貫通；
[0045]所述液晶材料6填充于金屬種子層4之間的圓環形空隙和第二金屬結構層5的圓環形空隙中；
[0046]所述玻璃蓋板7設置于第二金屬結構層5的上表面。
[0047]本實施方式具備以下有益效果:
[0048]1、本實施方式濾波器是基于低電壓驅動液晶材料的可調諧太赫茲超材料濾波器，是多層結構的器件，通過在絕緣層上設計和制備第二金屬結構層，它是周期性縫隙結構，使第二金屬結構層金屬具有偶極子，可在特定的頻段內產生幅值較大的傳輸光譜;又因為靜電壓驅動液晶分子的轉向改變液晶材料的介電常數，使該傳輸光譜發生平移，從而實現高幅值可調諧太赫茲超材料帶通濾波器的功能。
[0049]2、本實施方式濾波器工作時，可以分別從長條形金屬引出連線，實現側向加電壓控制液晶分子的轉向，這與傳統的垂直方向加載電壓的可調諧液晶濾波器相比，由于圓環形空隙的寬度小，因此所需的電壓減小，并且結構簡單，降低了操作的難度，使之變得靈活方便。同時，現有的垂直加載電壓的液晶可調諧超材料濾波器中填充有ΙΟΟμπι厚的液晶材料，在太赫茲波段，較厚的液晶將會產生很大的雙折射，并減慢液晶材料折射率的改變，因此導致濾波器響應時間很長，本實施方式所采用的液晶厚為2?20μπι，加上電壓后，液晶分子發生轉動并重新定位，介電常數發生變化的速度變快，因此響應時間明顯加快。
[0050]3、現有的超材料濾波器的工作帶寬窄，本實施方式濾波器通過加載可變電壓的電場控制液晶方向偏轉，改變液晶材料的介電常數，可實現從0.56ΤΗζ至0.7ΤΗζ寬范圍調諧，從而解決濾波器工作頻率過窄的技術問題，使本實施方式濾波器可應用于太赫茲通訊、傳感、成像等領域；
[0051 ] 4、本實施方式濾波器中結構中，第二金屬結構層5被液晶材料分割為距離為2?20ym兩部分，并且形成了兩個電極，電極之間的距離(也就是液晶層的厚度)越小，所加驅動電壓也就越小，現有濾波器的驅動電壓有幾百甚至幾千伏的，本實施方式濾波器的驅動電壓可以低至幾十伏甚至幾伏。
[0052]5、本濾波器的單元結構具有360度中心對稱特點，對入射電磁波極化不敏感。
[0053]6、本實施方式濾波器具有結構簡單、操作容易、低電壓調諧、極化不敏感;并且采用的液晶材料具有成本低廉，對人體無危害，對電場比較敏感，化學穩定性好，透明和很容易進入各種尺寸的結構中等優點。
[0054]【具體實施方式】二:結合圖2說明本實施方式，本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:所述圓柱形金屬2-1和長條形金屬2-2為N1、Cr、Al、Ag、Au或Cu，圓柱形金屬2-1和長條形金屬2-2的高度為0.2?Ιμπι。其他步驟和參數與【具體實施方式】一相同。
[0055]【具體實施方式】三:結合圖3說明本實施方式，本實施方式與【具體實施方式】一或二不同的是:所述絕緣層3為二氧化硅、氮化硅、氧化鋁、光刻膠、聚酰亞胺、苯并環丁烯或聚二甲基丙烯酰胺。其他步驟和參數與【具體實施方式】一至四之一相同。
[0056]【具體實施方式】四:結合圖3說明本實施方式，本實施方式與【具體實施方式】一至三之一不同的是:所述長條形金屬2-2上表面的絕緣層3厚度為0.5?4μπι。其他步驟和參數與【具體實施方式】一至四之一相同。
[0057]【具體實施方式】五:結合圖4說明本實施方式，本實施方式與【具體實施方式】一至四之一不同的是:所述絕緣層3的上表面的金屬種子層4高度為20?lOOnm。其他步驟和參數與【具體實施方式】一至四之一相同。
[0058]【具體實施方式】六:結合圖4說明本實施方式，本實施方式與【具體實施方式】一至五之一不同的是:所述金屬種子層4為N1、Cr、Ni合金或Cr合金。其他步驟和參數與【具體實施方式】
一至五之一相同。
[0059]【具體實施方式】七:結合圖6說明本實施方式，本實施方式與【具體實施方式】一至六之一不同的是:所述第二金屬結構層5為Au或Cu，高度為5?50μπι。其他步驟和參數與【具體實施方式】一至六之一相同。
[0060]【具體實施方式】八:結合圖6說明本實施方式，本實施方式與【具體實施方式】一至七之一不同的是:所述液晶材料6為DFLC液晶材料、LC1825液晶材料、E7液晶材料、5CB液晶材料或TEB30A液晶材料。其他步驟和參數與【具體實施方式】一至七之一相同。
[0061 ]【具體實施方式】九:結合圖2?7說明本實施方式，本實施方式一種基于低電壓驅動液晶材料的可調諧太赫茲超材料濾波器的方法按以下步驟進行:
[0062]—、利用材料生長工藝，在玻璃襯底I上制備第一金屬結構層2;所述材料生長工藝為電子束蒸發、真空蒸鍍、濺射或化學氣相淀積；
[0063]二、利用機械旋涂工藝、原子層淀積工藝或化學氣相淀積，在第一金屬結構層2中圓柱形金屬2-1和長條形金屬2-2圍成的區域內，以及長條形金屬2-2上表面制備絕緣層3;所述絕緣層為二氧化硅、氮化硅、氧化鋁、光刻膠、聚酰亞胺、苯并環丁烯或聚二甲基丙烯酰胺；
[0064]三、利用材料生長工藝，絕緣層3的上表面和圓柱形金屬2-1上表面制備金屬種子層4，圓柱形金屬2-1上表面的金屬種子層和絕緣層3的上表面的金屬種子層之間為圓環形空隙，寬度為2?20μπι;所述材料生長工藝為電子束蒸發、真空蒸鍍、濺射或化學氣相淀積；
[0065]四、利用機械旋涂工藝，在步驟三的圓環形空隙底部的絕緣層3上旋涂一層光刻膠，將光刻膠依次經UV-LIGA工藝曝光和顯影，形成電鍍用模具結構a;所述光刻膠為SU-8光亥嫌、PMMA光刻膠或AZ光刻膠;所述旋涂光刻膠的厚度為5?50μπι;
[0066]五、利用電鍍用模具結構a做為電鍍模具，進行電鍍金屬，形成第二金屬結構層5;第二金屬結構層5的圓環形空隙與金屬種子層4之間的圓環形空隙上下貫通；
[0067]六、去除步驟五中形成的電鍍用模具結構a，并在電鍍用模具結構a去除后留下的縫隙中填充液晶材料，蓋上玻璃蓋板7，即完成基于低電壓驅動液晶材料的可調諧太赫茲超材料濾波器的制備。
[0068]1、本實施方式濾波器是基于低電壓驅動液晶材料的可調諧太赫茲超材料濾波器，是多層結構的器件，通過在絕緣層上設計和制備第二金屬結構層，它是周期性縫隙結構，使第二金屬結構層金屬具有偶極子，可在特定的頻段內產生幅值較大的傳輸光譜;又因為靜電壓驅動液晶分子的轉向改變液晶材料的介電常數，使該傳輸光譜發生平移，從而實現高幅值可調諧太赫茲超材料帶通濾波器的功能。
[0069]2、本實施方式濾波器工作時，可以分別從長條形金屬引出連線，實現側向加電壓控制液晶分子的轉向，這與傳統的垂直方向加載電壓的可調諧液晶濾波器相比，由于圓環形空隙的寬度小，因此所需的電壓減小，并且結構簡單，降低了操作的難度，使之變得靈活方便。同時，現有的垂直加載電壓的液晶可調諧超材料濾波器中填充有ΙΟΟμπι厚的液晶材料，在太赫茲波段，較厚的液晶將會產生很大的雙折射，并減慢液晶材料折射率的改變，因此導致濾波器響應時間很長，本實施方式所采用的液晶厚為2?20μπι，加上電壓后，液晶分子發生轉動并重新定位，介電常數發生變化的速度變快，因此響應時間明顯加快。
[0070]3、現有的超材料濾波器的工作帶寬窄，本實施方式濾波器通過加載可變電壓的電場控制液晶方向偏轉，改變液晶材料的介電常數，可實現從0.56ΤΗζ至0.7ΤΗζ寬范圍調諧，從而解決濾波器工作頻率過窄的技術問題，使本實施方式濾波器可應用于太赫茲通訊、傳感、成像等領域；
[0071]4、本實施方式濾波器中結構中，第二金屬結構層5被液晶材料分割為距離為2?20μπι兩部分，并且形成了兩個電極，電極之間的距離(也就是液晶層的厚度)越小，所加驅動電壓也就越小，現有濾波器的驅動電壓有幾百甚至幾千伏的，本實施方式濾波器的驅動電壓可以低至幾十伏甚至幾伏。
[0072]5、本濾波器的單元結構具有360度中心對稱特點，對入射電磁波極化不敏感。
[0073]6、本實施方式濾波器具有結構簡單、操作容易、低電壓調諧、極化不敏感;并且采用的液晶材料具有成本低廉，對人體無危害，對電場比較敏感，化學穩定性好，透明和很容易進入各種尺寸的結構中等優點。
[0074]實施例1
[0075]本實施例基于低電壓驅動液晶材料的可調諧太赫茲超材料濾波器的制備方法按以下步驟進行:
[0076]—、利用材料生長工藝，在玻璃襯底I上制備第一金屬結構層2;所述材料生長工藝為化學氣相淀積；
[0077]二、利用機械旋涂工藝，在第一金屬結構層2中圓柱形金屬2-1和長條形金屬2-2圍成的區域內，以及長條形金屬2-2上表面制備絕緣層3;
[0078]三、利用材料生長工藝，絕緣層3的上表面和圓柱形金屬2-1上表面制備金屬種子層4，圓柱形金屬2-1上表面的金屬種子層和絕緣層3的上表面的金屬種子層之間為圓環形空隙，寬度為8μι;所述材料生長工藝為化學氣相淀積；
[0079]四、利用機械旋涂工藝，在步驟三的圓環形空隙底部的絕緣層3上旋涂一層光刻膠，將光刻膠依次經UV-LIGA工藝曝光和顯影，形成電鍍用模具結構a;所述光刻膠為SU-8光刻膠;所述旋涂光刻膠的厚度為50μπι ；
[0080]五、利用電鍍用模具結構a做為電鍍模具，進行電鍍金屬，形成第二金屬結構層5;第二金屬結構層5的圓環形空隙與金屬種子層4之間的圓環形空隙上下貫通；
[0081]六、去除步驟五中形成的電鍍用模具結構a，并在電鍍用模具結構a去除后留下的縫隙中填充液晶材料，蓋上玻璃蓋板7，即完成基于低電壓驅動液晶材料的可調諧太赫茲超材料濾波器的制備。
[0082]所述圓柱形金屬2-1和長條形金屬2-2為Ni，圓柱形金屬2-1和長條形金屬2-2的高度為0.5μπι;絕緣層3為二氧化硅;長條形金屬2-2上表面的絕緣層3厚度為4μπι;金屬種子層4為Ni ;絕緣層3的上表面的金屬種子層4高度為60nm;第二金屬結構層5為Au，高度為50μπι;液晶材料6為DFLC液晶材料;所述液晶材料為DFLC液晶材料；
[0083]采用太赫茲時域光譜分析儀測試本實施例制備的可調諧太赫茲超材料濾波器，通過控制外加電場或溫度，控制液晶分子的轉向，改變液晶材料的介電常數，進而測試得到太赫茲超材料濾波的傳輸光譜的工作頻率，測試結果如圖8所示，從圖中可以看出，傳輸曲線隨著介電常數的增加，逐漸發生紅移，可以實現連續可調，而且，在調諧的過程中并不影響其傳輸的效果，傳輸率基本維持在70 %左右，且濾波器的工作范圍比較寬，在0.6ΤΗζ至0.7ΤΗζ范圍內。
[0084]實施例2本實施例基于低電壓驅動液晶材料的可調諧太赫茲超材料濾波器的制備方法與實施例1不同的是，所述液晶材料6為LC1825液晶材料，其它步驟和參數有實施例1相同；
[0085]采用太赫茲時域光譜分析儀測試本實施例制備的可調諧太赫茲超材料濾波器，通過控制外加電場或溫度，控制液晶分子的轉向，改變液晶材料的介電常數，進而測試得到太赫茲超材料濾波的傳輸光譜的工作頻率，測試結果如圖9所示，從圖中可以看出，傳輸曲線隨著介電常數的增加，逐漸發生紅移，可以實現連續可調，而且，在調諧的過程中并不影響其傳輸的效果，傳輸率基本維持在70%左右，且濾波器的工作范圍比較寬，在0.56THz?
0.66THz范圍內。
【主權項】
1.一種基于低電壓驅動液晶材料的可調諧太赫茲超材料濾波器，該濾波器為多層平板狀，包括玻璃襯底層(I)、第一金屬結構層(2)、絕緣層(3)、金屬種子層(4)、第二金屬結構層(5)、液晶材料(6)和玻璃蓋板(7); 所述第一金屬結構層(2)設置于玻璃襯底層(I)上表面，第一金屬結構層(2)由矩形陣列排布的圓柱形金屬(2-1)和連接圓柱形金屬(2-1)的長條形金屬(2-2)組成； 所述絕緣層(3)設置于圓柱形金屬(2-1)和長條形金屬(2-2)圍成的區域內，以及長條形金屬(2-2)上表面;絕緣層(3)的上表面為平面； 所述金屬種子層(4)設置于絕緣層(3)的上表面和圓柱形金屬(2-1)上表面，金屬種子層(4)上表面為平面；圓柱形金屬(2-1)上表面的金屬種子層和絕緣層(3)的上表面的金屬種子層之間為圓環形空隙，寬度為2?20μηι; 所述第二金屬結構層(5)設置于金屬種子層(4)上表面，具有圓環形空隙，第二金屬結構層(5)的上表面為平面，第二金屬結構層(5)的圓環形空隙與金屬種子層(4)之間的圓環形空隙上下貫通； 所述液晶材料(6)填充于金屬種子層(4)之間的圓環形空隙和第二金屬結構層(5)的圓環形空隙中； 所述玻璃蓋板(7)設置于第二金屬結構層(5)的上表面。2.根據權利要求1所述的一種基于低電壓驅動液晶材料的可調諧太赫茲超材料濾波器，其特征在所述圓柱形金屬(2-1)和長條形金屬2-2為N1、Cr、Al、Ag、Au或Cu，圓柱形金屬(2-1)和長條形金屬(2-2)的高度為0.2?Ιμπι。3.根據權利要求1所述的一種基于低電壓驅動液晶材料的可調諧太赫茲超材料濾波器，其特征在于所述絕緣層(3)為二氧化硅、氮化硅、氧化鋁、光刻膠、聚酰亞胺、苯并環丁烯或聚二甲基丙烯酰胺。4.根據權利要求1所述的一種基于低電壓驅動液晶材料的可調諧太赫茲超材料濾波器，其特征在于所述長條形金屬(2-2)上表面的絕緣層(3)厚度為0.5?4μπι。5.根據權利要求1所述的一種基于低電壓驅動液晶材料的可調諧太赫茲超材料濾波器，其特征在于所述絕緣層(3)的上表面的金屬種子層(4)高度為20?lOOnm。6.根據權利要求1所述的一種基于低電壓驅動液晶材料的可調諧太赫茲超材料濾波器，其特征在于所述金屬種子層(4)為N1、Cr、Ni合金或Cr合金。7.根據權利要求1所述的一種基于低電壓驅動液晶材料的可調諧太赫茲超材料濾波器，其特征在于所述第二金屬結構層(5)為Au或Cu，高度為5?50μηι。8.根據權利要求1所述的一種基于低電壓驅動液晶材料的可調諧太赫茲超材料濾波器，其特征在于所述液晶材料(6)為DFLC液晶材料、LC1825液晶材料、Ε7液晶材料、5CB液晶材料或ΤΕΒ30Α液晶材料。9.一種制備如權利要求1所述一種基于低電壓驅動液晶材料的可調諧太赫茲超材料濾波器的方法，其特征在于該方法按以下步驟進行: 一、利用材料生長工藝，在玻璃襯底(I)上制備第一金屬結構層(2);所述材料生長工藝為電子束蒸發、真空蒸鍍、濺射或化學氣相淀積； 二、利用機械旋涂工藝、原子層淀積工藝或化學氣相淀積，在第一金屬結構層(2)中圓柱形金屬(2-1)和長條形金屬(2-2)圍成的區域內，以及長條形金屬(2-2)上表面制備絕緣層(3);所述絕緣層為二氧化硅、氮化硅、氧化鋁、光刻膠、聚酰亞胺、苯并環丁烯或聚二甲基丙烯酰胺； 三、利用材料生長工藝，絕緣層(3)的上表面和圓柱形金屬(2-1)上表面制備金屬種子層(4)，圓柱形金屬(2-1)上表面的金屬種子層和絕緣層(3)的上表面的金屬種子層之間為圓環形空隙，寬度為2?20μπι;所述材料生長工藝為電子束蒸發、真空蒸鍍、濺射或化學氣相淀積； 四、利用機械旋涂工藝，在步驟三的圓環形空隙底部的絕緣層(3)上旋涂一層光刻膠，將光刻膠依次經UV-LIGA工藝曝光和顯影，形成電鍍用模具結構(a);所述光刻膠為SU-8光亥嫌、PMMA光刻膠或AZ光刻膠;所述旋涂光刻膠的厚度為5?50μπι; 五、利用電鍍用模具結構(a)做為電鍍模具，進行電鍍金屬，形成第二金屬結構層(5);第二金屬結構層(5)的圓環形空隙與金屬種子層(4)之間的圓環形空隙上下貫通； 六、去除步驟五中形成的電鍍用模具結構(a)，并在電鍍用模具結構(a)去除后留下的縫隙中填充液晶材料，蓋上玻璃蓋板(7)，即完成基于低電壓驅動液晶材料的可調諧太赫茲超材料濾波器的制備。
【文檔編號】G02F1/13GK106019648SQ201610363500
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月27日
【發明人】賀訓軍, 石爽, 楊興宇, 李少鵬, 吳豐民, 姜久興
【申請人】哈爾濱理工大學