基于柔性襯底太赫茲石墨烯諧振器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于材料領(lǐng)域，具體涉及基于柔性襯底太赫茲石墨烯超材料。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體技術(shù)和MEMS技術(shù)的發(fā)展，器件應(yīng)用全景越來(lái)越廣泛，基于傳統(tǒng)剛性襯底材料(如:娃、砷化鎵、玻璃等)制備的太赫茲超材料，由于襯底不能彎曲成所需要的形狀在實(shí)際應(yīng)用受到了極大地限制。為了改進(jìn)這一現(xiàn)狀，人們提出基于柔性襯底的太赫茲超材料研究。在微電子工藝中，柔性襯底主要是指襯底材料可撓曲，能替代傳統(tǒng)剛性襯底材料在其上沉積各種功能薄膜和金屬薄膜的柔性載體，并利用微電子工藝在襯底上制備出相應(yīng)的器件。由于柔性襯底材料具有可撓曲、耐沖擊、能把缺陷局限在柔性層上以及提高外延層質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，使得基于柔性襯底的太赫茲超材料具有廣闊的應(yīng)用前景。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型目的是為了解決現(xiàn)有的利用剛性襯底材料制備的太赫茲超材料，由于其不能彎曲成所需要的形狀致使實(shí)際應(yīng)用受到極大限制的問(wèn)題，所以我們提出了基于柔性襯底太赫茲石墨烯諧振器。
[0004]本實(shí)用新型基于柔性襯底太赫茲石墨烯超材料，它包括柔性襯底、石墨烯諧振器，柔性襯底上設(shè)置有石墨烯諧振器層；
[0005]石墨烯諧振器包括兩個(gè)石墨烯條分別為石墨烯條一和石墨烯條二，以及一個(gè)石墨稀圓環(huán)；
[0006]所述的石墨烯條一和石墨烯條二在柔性襯底上垂直設(shè)置，且石墨烯條一的長(zhǎng)度與柔性襯底的邊長(zhǎng)一樣，而石墨烯條二的長(zhǎng)度介于石墨烯圓環(huán)的內(nèi)徑與外徑之間，
[0007]所述的石墨烯條一和石墨烯條二與石墨烯圓環(huán)共同形成了四個(gè)扇形諧振區(qū)域，分別為扇形諧振區(qū)一、扇形諧振區(qū)二、扇形諧振區(qū)三和扇形諧振區(qū)四；所述的扇形諧振區(qū)一、扇形諧振區(qū)二、扇形諧振區(qū)三和扇形諧振區(qū)四均在石墨烯圓環(huán)處開(kāi)口。
[0008]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn):1.將石墨烯諧振器做在聚酰亞胺上，當(dāng)光刻實(shí)驗(yàn)結(jié)束以后，可以將聚酰亞胺連同諧振器一起從硅片上剝離，這就做成了柔性襯底的太赫茲超材料。與傳統(tǒng)的剛性襯底相比，具有可彎曲等優(yōu)點(diǎn)。柔性襯底在生活的各個(gè)領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用，例如，柔性顯示作為下一代顯示，與作為平板顯示的LCDs和等離子體顯示相比，具有超薄、質(zhì)量輕、耐用、存儲(chǔ)量大、設(shè)計(jì)自由，可收卷的優(yōu)點(diǎn)，iSuppli柔性顯示的報(bào)道數(shù)據(jù)稱，在2007年?2013年的柔性顯示器市場(chǎng)約有20億美元。由于柔性襯底具有生物兼容性，可以植入身體內(nèi)監(jiān)測(cè)骨骼受傷人員骨骼連接和愈合情況，根據(jù)應(yīng)力傳感器探測(cè)的應(yīng)力從而適當(dāng)?shù)募虞d外力來(lái)人工控制骨骼的生長(zhǎng)。同時(shí)，國(guó)外科學(xué)家也研究基于柔性襯底生物傳感器來(lái)探測(cè)生物分子濃度。2.諧振器所選用的材料是單層石墨烯，石墨烯除了導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能非常好，電阻率極低，電子迀移速率很快等優(yōu)點(diǎn)外，其電導(dǎo)率可以通過(guò)外加電壓有效地控制，這樣就能非常方便地控制諧振產(chǎn)生的頻率。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是所述基于柔性襯底太赫茲石墨烯超材料的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖2是圖1的A向視圖；
[0011]圖3是石墨烯諧振器的結(jié)構(gòu)分解圖；
[0012]圖4是產(chǎn)生LC諧振的諧振環(huán)的示意圖；
[0013]圖5是采用本實(shí)用新型的太赫茲石墨烯超材料對(duì)電磁波進(jìn)行傳輸?shù)膫鬏斍闆r示意圖；其中，A為0.1eV的傳輸數(shù)據(jù)，B為0.2eV的傳輸數(shù)據(jù)，C為0.3eV的傳輸數(shù)據(jù)，D為
0.4eV的傳輸數(shù)據(jù)，E為0.5eV的傳輸數(shù)據(jù)；
[0014]圖6是基于本實(shí)用新型的制備與開(kāi)發(fā)現(xiàn)階段取得的成果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]【具體實(shí)施方式】一:下面結(jié)合圖1至圖6說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式基于柔性襯底太赫茲石墨烯超材料，它包括柔性襯底1、石墨烯諧振器2，柔性襯底I上設(shè)置有石墨烯諧振器層2;
[0016]石墨烯諧振器2包括兩個(gè)石墨烯條分別為石墨烯條一 2-1和石墨烯條二 2-2，以及一個(gè)石墨烯圓環(huán)2-3 ;
[0017]所述的石墨烯條一 2-1和石墨烯條二 2-2在柔性襯底I上垂直設(shè)置，且石墨烯條一2-1的長(zhǎng)度與柔性襯底I的邊長(zhǎng)一樣，而石墨烯條二 2-2的長(zhǎng)度介于石墨烯圓環(huán)2-3的內(nèi)徑與外徑之間，
[0018]所述的石墨烯條一 2-1和石墨烯條二 2-2與石墨烯圓環(huán)2-3共同形成了四個(gè)扇形諧振區(qū)域，分別為扇形諧振區(qū)一 2-4-1、扇形諧振區(qū)二 2-4-2、扇形諧振區(qū)三2-4-3和扇形諧振區(qū)四2-4-4 ;所述的扇形諧振區(qū)一 2-4-1、扇形諧振區(qū)二 2-4-2、扇形諧振區(qū)三2_4_3和扇形諧振區(qū)四2-4-4均在石墨烯圓環(huán)2-3處開(kāi)口。
[0019]本實(shí)施方式的扇形諧振開(kāi)口環(huán)能夠誘導(dǎo)出LC諧振，由于四個(gè)扇形諧振開(kāi)口環(huán)在結(jié)構(gòu)上的對(duì)稱關(guān)系，所以誘導(dǎo)出的是同一個(gè)諧振頻率，由于石墨烯的電導(dǎo)率是可以通過(guò)外加電壓實(shí)現(xiàn)的，而電壓與費(fèi)米能之間有著特定的關(guān)系，所以在仿真時(shí)通過(guò)改變費(fèi)米能實(shí)現(xiàn)太赫茲石墨烯超材料可調(diào)的LC諧振。
[0020]圖5為采用本實(shí)用新型所述基于柔性襯底的太赫茲石墨烯超材料傳輸電磁波的情況，當(dāng)費(fèi)米能為0.1eV時(shí)，石墨烯超材料在1.19THz的傳輸率為0.9%;當(dāng)費(fèi)米能為0.2eV時(shí)，石墨烯超材料在1.37THZ的傳輸率為0.6% ;當(dāng)費(fèi)米能為0.3eV時(shí)，石墨烯超材料在
1.47THz的傳輸率為0.3% ;當(dāng)費(fèi)米能為0.4eV時(shí)，石墨烯超材料在1.53THz的傳輸率為0.1% ;當(dāng)費(fèi)米能為0.5eV時(shí)，石墨烯超材料在1.57THZ的傳輸率為0.0% ;這些結(jié)果表明，通過(guò)調(diào)節(jié)加在石墨烯上的費(fèi)米能也就是電壓，可以有效地控制該石墨烯超材料的傳輸幅度和頻率。
[0021]圖6為本實(shí)用新型制備中光刻部分完成的效果圖，先在硅片上旋涂聚酰亞胺；然后把石墨烯轉(zhuǎn)移到聚酰亞胺層上；接著，在石墨烯上甩一層光刻膠，光刻完之后進(jìn)行氧等離子刻蝕，刻蝕完之后剝離；最后，把聚酰亞胺從硅襯底上揭下即可制備獲得太赫茲石墨烯超材料。
[0022]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一進(jìn)一步說(shuō)明，石墨烯諧振器層2為單層石墨烯，厚度為0.34nm，電導(dǎo)率是隨著外加電壓的改變而改變的。
[0023]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一進(jìn)一步說(shuō)明，石墨烯諧振器層2中的石墨烯條一 2-1和石墨烯條二 2-2的寬度均為4 μ m。
[0024]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一進(jìn)一步說(shuō)明，石墨烯諧振器層2中，石墨烯圓環(huán)2-3的內(nèi)外直徑分別為28 μ m和36 μ m。
[0025]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一進(jìn)一步說(shuō)明，扇形諧振區(qū)一 2-4-1、扇形諧振區(qū)二 2-4-2、扇形諧振區(qū)三2-4-3和扇形諧振區(qū)四2-4-4的寬度均為4 μπι。
[0026]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一進(jìn)一步說(shuō)明，基于柔性襯底太赫茲石墨稀超材料的單元結(jié)構(gòu)大小為50 μmX50 μπι。
[0027]【具體實(shí)施方式】七:本實(shí)施方式對(duì)實(shí)施方式一進(jìn)一步說(shuō)明，柔性襯底I為柔性聚酰亞胺。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于柔性襯底太赫茲石墨烯諧振器，其特征在于，它包括柔性襯底(I)、石墨烯諧振器(2)，柔性襯底(I)上設(shè)置有石墨烯諧振器層(2); 石墨烯諧振器(2)包括兩個(gè)石墨烯條分別為石墨烯條一(2-1)和石墨烯條二(2-2)，以及一個(gè)石墨烯圓環(huán)(2-3); 所述的石墨烯條一(2-1)和石墨烯條二(2-2)在柔性襯底(I)上垂直設(shè)置，且石墨烯條一(2-1)的長(zhǎng)度與柔性襯底(I)的邊長(zhǎng)一樣，而石墨烯條二(2-2)的長(zhǎng)度介于石墨烯圓環(huán)(2-3)的內(nèi)徑與外徑之間， 所述的石墨烯條一(2-1)和石墨烯條二(2-2)與石墨烯圓環(huán)(2-3)共同形成了四個(gè)扇形諧振區(qū)域，分別為扇形諧振區(qū)一(2-4-1)、扇形諧振區(qū)二(2-4-2)、扇形諧振區(qū)三(2-4-3)和扇形諧振區(qū)四(2-4-4);所述的扇形諧振區(qū)一(2-4-1)、扇形諧振區(qū)二(2-4-2)、扇形諧振區(qū)三(2-4-3)和扇形諧振區(qū)四(2-4-4)均在石墨烯圓環(huán)(2-3)處開(kāi)口。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于柔性襯底太赫茲石墨烯諧振器，其特征在于，石墨烯諧振器層(2)為單層石墨烯，厚度為0.34nm。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于柔性襯底太赫茲石墨烯諧振器，其特征在于，石墨烯諧振器層(2)中的石墨烯條一(2-1)和石墨烯條二(2-2)的寬度均為4μπι。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于柔性襯底太赫茲石墨烯諧振器，其特征在于，石墨烯圓環(huán)(2-3)的內(nèi)外直徑分別為28 μπι和36 μπι。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于柔性襯底太赫茲石墨烯諧振器，其特征在于，扇形諧振區(qū)一(2-4-1)、扇形諧振區(qū)二(2-4-2)、扇形諧振區(qū)三(2-4-3)和扇形諧振區(qū)四(2_4_4)的寬度均為4 μπι。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于柔性襯底太赫茲石墨烯諧振器，其特征在于，柔性襯底(I)的厚度為7 μπι。
【專利摘要】基于柔性襯底太赫茲石墨烯諧振器，它涉及太赫茲石墨烯超材料。本實(shí)用新型現(xiàn)有的利用剛性襯底材料制備的太赫茲超材料，由于其不能彎曲成所需要的形狀致使實(shí)際應(yīng)用收到極大限制的問(wèn)題。它包括襯底、柔性襯底、石墨烯諧振器，襯底上依次設(shè)置有柔性襯底和石墨烯諧振器層。本實(shí)用新型將石墨烯諧振器做在聚酰亞胺上，當(dāng)光刻實(shí)驗(yàn)結(jié)束以后，可以將聚酰亞胺連同諧振器一起從硅片上剝離，做成柔性襯底的太赫茲超材料。與傳統(tǒng)的剛性襯底相比，具有可彎曲等優(yōu)點(diǎn)。諧振器所選用的材料是單層石墨烯，石墨烯除了導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能非常好，電阻率極低，電子遷移速率很快等優(yōu)點(diǎn)外，其電導(dǎo)率可以通過(guò)外加電壓有效地控制，這樣就能非常方便地控制諧振產(chǎn)生的頻率。
【IPC分類】H01L23/14
【公開(kāi)號(hào)】CN204741012
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520121897
【發(fā)明人】賀訓(xùn)軍, 劉靜, 徐榮超, 勾金雷, 樊旭堯, 于東旭
【申請(qǐng)人】哈爾濱理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年11月4日
【申請(qǐng)日】2015年3月2日