東京農工大學與資訊通信研究機構（NICT）、英國南安普頓大學組成的聯合研究團隊，開發出了一種可吸收約95%太赫茲波的無間隔層基板一體型超表面（SIM：substrate-integrated metasurface）吸收體。研究團隊成員包括東京農工大學研究生院工學研究院智慧資訊系統工學部門的張亞副教授、該大學研究生院工學府的趙子豪、原田和步、劉千以及平川一彥客座教授，日本國立研究開發法人資訊通信研究機構（NICT）的諸橋功研究經理，以及英國南安普頓大學的方煦講師等。
圖1 無間隔層基板一體型超表面（SIM）吸收體的結構示意圖。（a）凹型SIM吸收體，（b）凸型SIM吸收體。（圖片提供：東京農工大學，出處：Zhao et al., Advanced Optical Materials, e71328 (2026), Fig. 1a-b. © 2026 The Author(s). CC BY 4.0. DOI: doi.org/10.1002/adom.71328）
以往的高性能金屬-絕緣體-金屬（MIM：metal-insulator-metal）型吸收體中，需要在金屬層之間增設絕緣體層（間隔層），其厚度、重量和殘留應力阻礙了其整合到薄膜化、細結構化的太赫茲探測器中。
此次，研究團隊在矽基板上製作微細凹凸結構，將基板本身作為吸收結構的一部分加以利用，在無需增設造成上述阻礙的間隔層的條件下，實現了高吸收比。
由於該結構可做到更薄、更輕、更低應力，且易於與現有半導體及MEMS工藝相結合，有望應用於採用MEMS測輻射熱測定計等的高靈敏度、高速、寬頻帶太赫茲接收系統。
這是一種將矽基板本身作為吸收體一部分加以利用的新型超表面吸收體。具體來說，將矽基板加工成遠小於太赫茲波波長的微細凹凸結構。
所製備的結構臺階深度約1微米，上下表面分別形成了厚度為150奈米的鋁薄膜。由此，無需附加間隔層，實現了具有與傳統「金屬-絕緣體-金屬鑄模吸收體」相同共振吸收特性的結構。
在該結構中，矽基板本身作為支撐太赫茲波吸收的功能性介電區域發揮作用。因此，無需使用既往MIM型吸收體所需的附加間隔層。研究團隊將該結構命名為無間隔層基板一體型超表面（SIM）吸收體。
電磁場仿真結果表明，SIM吸收體能夠高效吸收太赫茲波，可獲得最大98%以上的太赫茲吸收比。同時證實，通過改變金屬貼片長度、貼片間距及蝕刻深度，可以調節吸收的峰頻率。
此外，利用太赫茲時域光譜技術測量所製備樣品後發現，在設計的頻帶（1.8太赫茲）處，實驗確認了約95%的太赫茲吸收比。在設計吸收峰附近，實測所得的峰值頻率和峰值吸收比與仿真結果一致，證實了該結構可作為高效太赫茲吸收體發揮作用。
今後，研究團隊將把SIM吸收體實際整合到MEMS測輻射熱測定計等太赫茲探測器中，驗證吸收效率提升對探測靈敏度、應答速率及短路機械穩定性的影響。
此外，預計該結構作為吸收體而附加的實際厚度可控制在數十奈米左右，因此，研究團隊將推進可選擇吸收頻率的設計、多頻帶及寬頻帶設計以及感測器陣列化開發，致力於將其發展為小型、高性能的下一代太赫茲與紅外感測技術的基礎。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Advanced Optical Materials
論文：Spacer-Less Substrate-Integrated Metasurface for Near-Unity Terahertz Absorption
URL：doi.org/10.1002/adom.71328
