1.一种基于mems平面结构重构的环偶与电偶可切换的太赫兹超材料转换器,其特征在于它包括基体硅衬底(1)、梳齿型静电驱动结构(2)、固定金属结构阵列(3)、可动金属结构阵列(4)和悬浮硅框架(5),所述梳齿型静电驱动结构(2)和悬浮硅框架(5)设置在基体硅衬底(1)上,悬浮硅框架(5)与梳齿型静电驱动结构(2)连接,且悬浮硅框架(5)悬空设置,固定金属结构阵列(3)设置在悬浮硅框架(5)内、基体硅衬底(1)上,可动金属结构阵列(4)与悬浮硅框架(5)连接、悬空设置;所述固定金属结构阵列(3)由周期性排列的结构元件组成,且固定金属结构阵列(3)的结构元件呈“e”型结构,所述可动金属结构阵列(4)由周期性排列的结构元件组成,且可动金属结构阵列(4)的结构元件呈反“e”型结构,固定金属结构阵列(3)的结构元件与可动金属结构阵列(4)的结构元件成对相对设置,由成对相对设置的固定金属结构阵列(3)的结构元件与可动金属结构阵列(4)的结构元件组成环偶与电偶可切换的太赫兹超材料的功能结构单元。
2.根据权利要求1所述的一种基于mems平面结构重构的环偶与电偶可切换的太赫兹超材料转换器,其特征在于所述固定金属结构阵列(3)的结构元件由e型图形化金属元件(3-1)和e型固定硅衬底(3-2)组成,e型固定硅衬底(3-2)设置在基体硅衬底(1)上,e型图形化金属元件(3-1)设置在e型固定硅衬底(3-2)上;所述可动金属结构阵列(4)的结构元件由反e型图形化金属元件(4-1)和反e型可动硅衬底(4-2)组成,反e型可动硅衬底(4-2)与悬浮硅框架(5)连接、悬空设置,反e型图形化金属元件(4-1)设置在反e型可动硅衬底(4-2)上;所述e型图形化金属元件(3-1)与反e型图形化金属元件(4-1)的结构参数完全相同,且e型图形化金属元件(3-1)与反e型图形化金属元件(4-1)平行设置。
3.根据权利要求2所述的一种基于mems平面结构重构的环偶与电偶可切换的太赫兹超材料转换器,其特征在于在环偶与电偶可切换的太赫兹超材料的功能结构单元中固定金属结构阵列(3)的结构元件与可动金属结构阵列(4)的结构元件的初始间距为3μm,通过在梳齿型静电驱动结构(2)的电极上加载驱动电压v,驱动可动金属结构阵列(4)平面平移,使环偶与电偶可切换的太赫兹超材料的功能结构单元中固定金属结构阵列(3)的结构元件与可动金属结构阵列(4)的结构元件的相对距离为d,0μm≤d≤3μm。
4.根据权利要求3所述的一种基于mems平面结构重构的环偶与电偶可切换的太赫兹超材料转换器,其特征在于所述环偶与电偶可切换的太赫兹超材料的功能结构单元的长为qx,qx=210μm,宽为qy,qy=106μm,e型图形化金属元件(3-1)和反e型图形化金属元件(4-1)的线宽为w,w=10μm,短边长为l,l=50μm,长边长为2s,s=100μm。
5.如权利要求1所述的一种基于mems平面结构重构的环偶与电偶可切换的太赫兹超材料转换器的制备方法,其特征在于它是按以下步骤完成的:
一、沉积二氧化硅层:利用材料生长工艺,在硅(6)表面制备一层二氧化硅钝化层(7);
二、锚结构的光刻胶掩膜图形化:利用机械旋涂工艺,在二氧化硅表面均匀涂覆一层光刻胶,经曝光、显影和定影后,感光区域光刻胶在显影时被去除,形成微图形结构,得到锚结构图形化光刻胶掩膜;所述光刻胶为正胶;
三、锚结构形成:利用刻蚀工艺,①、以锚结构图形化光刻胶为掩膜刻蚀二氧化硅钝化层(7),得到刻蚀后的二氧化硅钝化层(7-1),再利用去胶液去除光刻胶;②、以刻蚀后的二氧化硅钝化层(7-1)为掩膜对硅(6)表面进行刻蚀,去除刻蚀后的二氧化硅钝化层(7-1),得到刻蚀后的硅(6-1);所述刻蚀工艺为湿法刻蚀或干法刻蚀;
四、结构层键合与减薄:利用硅硅键合工艺,将刻蚀后的硅(6-1)与基体硅衬底(1)进行键合,然后在边缘和基体硅衬底(1)下表面涂覆保护层,再使用koh溶液湿法刻蚀对刻蚀后的硅(6-1)进行减薄,去除保护层得到减薄后硅(6-2);
五、金属结构单元图形化:①、先利用机械旋涂工艺在减薄后硅(6-2)表面旋涂光刻胶,经曝光、显影和定影,以e型图形阵列和反e型图形阵列区域为感光区域,得到图形化的光刻胶;所述光刻胶为正胶;②、淀积金属层,金属层厚度为0.2μm~0.4μm,再利用去胶液去除图形化光刻胶,同时将图形化光刻胶上的金属层剥离,只保留感光区域沉积的金属层,即实现在减薄后硅(6-2)表面沉积e型图形化金属元件(3-1)阵列和反e型图形化金属元件(4-1)阵列,得到图形化金属超材料结构;
六、光刻胶掩膜图形化:利用机械旋涂工艺,在图形化金属超材料结构表面旋涂光刻胶,经曝光、显影和定影,形成梳齿型静电驱动结构(2)的微图形结构、悬浮硅框架(5)的微图形结构、固定金属结构阵列(3)的微图形结构和可动金属结构阵列(4)的微图形结构,得到微图形结构光刻胶掩膜图形;
七、刻蚀硅和释放mems结构:以微图形结构光刻胶掩膜图形作掩膜,利用深反应离子刻蚀技术进行深刻蚀硅,释放mems结构,再利用干法去除光刻胶,实现梳齿型静电驱动结构(2)、悬浮硅框架(5)、固定金属结构阵列(3)和可动金属结构阵列(4),得到基于mems平面结构重构的环偶与电偶可切换的太赫兹超材料转换器。
6.根据权利要求5所述的一种基于mems平面结构重构的环偶与电偶可切换的太赫兹超材料转换器的制备方法,其特征在于步骤一中所述材料生长工艺为外延、化学气相淀积或热氧化。
7.根据权利要求5所述的一种基于mems平面结构重构的环偶与电偶可切换的太赫兹超材料转换器的制备方法,其特征在于步骤五②中所述淀积为溅射、真空蒸镀或化学气相淀积,所述金属层中金属为au、cu或al。
8.根据权利要求5所述的一种基于mems平面结构重构的环偶与电偶可切换的太赫兹超材料转换器的制备方法,其特征在于步骤四中所述koh溶液中koh的质量分数为40%。