一种太赫兹调制器制造技术

技术编号:20023218 阅读:34 留言:0更新日期:2019-01-06 03:13
本发明专利技术公开一种太赫兹调制器,包括衬底、缓冲层、绝缘介质层、覆盖层和石墨烯薄膜层,所述衬底的顶部设有开口谐振环阵列,且开口谐振环阵列边缘处的衬底顶部附有缓冲层,所述开口谐振环阵列的上方位置处设有绝缘介质层,所述绝缘介质层的底部镀有覆盖层,所述绝缘介质层的上方设有石墨烯薄膜层;本发明专利技术以石墨烯薄膜层为调制材料,相比于传统的超材料,石墨烯的费米能级可以通过电压进行调控,从而对不同频率的太赫兹波产生吸收,实现其对不同频率太赫兹波的调控作用,调制速率高,再结合开口谐振环阵列,改变开口处的载流子浓度,实现对共振强度的协调以控制太赫兹波的传输,增强太赫兹波与石墨烯的相互作用,调制深度更大。

【技术实现步骤摘要】
一种太赫兹调制器
本专利技术涉及太赫兹
,尤其涉及一种太赫兹调制器。
技术介绍
太赫兹(Terahertz,简称THz,1THz=1012Hz)波,通常定义为频率在0.1-10THz(波长在30-3000μm)范围内的电磁波,其波段位于微波与红外之间,处于电子学与光子学研究的交叉领域。长期以来,由于缺乏有效的太赫兹源和太赫兹探测技术,人们对太赫兹波的研究较少,以致形成了“太赫兹空白”现象。上世纪80年代以来,随着一系列新材料、新技术的迅速发展,尤其是超快激光技术、超短脉冲技术和微纳加工技术的发展,限制太赫兹科学发展的因素基本被解决,太赫兹技术也从此得以迅速发展,成为当今基础科学与应用科学的热门研究方向,然而,现有技术的太赫兹调制器的材料在太赫兹波段十分有限,它们都往往伴随强烈的太赫兹吸收损耗,难以实现高速、大调制深度的太赫兹调制,调制深度最高的也只能达50%,也就是说这些器件的有源区太赫兹吸收效率、调制速度不高(最高调制速度为10MHz),因此,本专利技术提出一种太赫兹调制器以解决现有技术中存在的问题。
技术实现思路
针对上述问题,本专利技术提出一种太赫兹调制器,该太赫兹调制器以石墨烯薄膜层为调制材料,相比于传统的超材料,石墨烯的费米能级可以通过电压进行调控,从而对不同频率的太赫兹波产生吸收,实现其对不同频率太赫兹波的调控作用,调制速率高,再结合开口谐振环单元,改变开口处的载流子浓度,实现对共振强度的协调以控制太赫兹波的传输,增强太赫兹波与石墨烯的相互作用,调制深度更大。为了解决上述问题,本专利技术提出一种太赫兹调制器,包括衬底、缓冲层、绝缘介质层、覆盖层和石墨烯薄膜层,所述衬底的顶部设有开口谐振环阵列,且开口谐振环阵列边缘处的衬底顶部附有缓冲层,所述开口谐振环阵列的上方位置处设有绝缘介质层,所述绝缘介质层的底部镀有覆盖层,所述绝缘介质层的上方设有石墨烯薄膜层,且石墨烯薄膜层的面积小于绝缘介质层的顶部面积,所述石墨烯薄膜层为单层石墨烯,所述石墨烯薄膜层两侧的绝缘介质层上表面分别设有源电极和漏电极,且源电极和漏电极均覆盖石墨烯薄膜层的边缘处,所述石墨烯薄膜层后方的绝缘介质层上表面设有栅电极,且栅电极与石墨烯薄膜层的边缘连接,所述开口谐振环阵列由多组开口谐振环单元组成,且开口谐振环单元为正方形金属框,所述金属框正中间设有开口,且开口与金属框之间为镂空结构,多组所述开口谐振环单元为矩形阵列排布,所述开口谐振环阵列两侧与衬底之间形成等效肖特基二极管,所述覆盖层下设有微米丝悬臂,且微米丝悬臂与开口相配合。进一步改进在于:所述衬底为正方形,且衬底的上表面边长为5mm-150mm之间,所述衬底为蓝宝石材料,且衬底的厚度为100μm-200μm之间。进一步改进在于:所述开口谐振环单元中正方形金属框的边长为36μm,所述开口的口径为10μm。进一步改进在于:所述开口谐振环单元的材料为金和铜中的一种,且开口谐振环单元雕刻在衬底上,所述开口谐振环单元的周期为50μm。进一步改进在于:所述覆盖层的材料为Si3N4,且覆盖层的厚度为100nm,所述为微米丝悬臂的材料为Si3N4。进一步改进在于:所述的源电极、漏电极和栅电极的材质为金、钛、镍、铬中的一种,所述源电极和漏电极长度均为8mm-40mm,宽均为0.5mm-5mm,厚度均为10nm-100nm。进一步改进在于:所述缓冲层的材料为GaN,且缓冲层的厚度为10nm-30nm。本专利技术的有益效果为:本专利技术以石墨烯薄膜层为调制材料,相比于传统的超材料,石墨烯的费米能级可以通过电压进行调控,从而对不同频率的太赫兹波产生吸收,实现其对不同频率太赫兹波的调控作用,调制速率高,再结合开口谐振环单元,改变开口处的载流子浓度,实现对共振强度的协调以控制太赫兹波的传输,增强太赫兹波与石墨烯的相互作用,调制深度更大,同时,配合蓝宝石衬底,相比较于掺杂半导体的衬底对太赫兹波损耗更小,此外,蓝宝石衬底很结实,有足够的机械强度,制备得更加轻薄化,另外,通过加偏压使微米丝悬臂弯曲下垂,与开口搭接,使合成结构的有效电容被改变,便于对太赫兹波的实时精准调制。附图说明图1为本专利技术的主视图。图2为本专利技术的开口谐振单元示意图。图3为本专利技术的横截面示意图。其中:1-衬底,2-缓冲层,3-绝缘介质层,4-覆盖层,5-石墨烯薄膜层,6-源电极,7-漏电极,8-栅电极,9-开口谐振环单元,10-开口,11-等效肖特基二极管,12-微米丝悬臂。具体实施方式为了加深对本专利技术的理解,下面将结合实施例对本专利技术做进一步详述,本实施例仅用于解释本专利技术,并不构成对本专利技术保护范围的限定。根据图1、2、3所示,本实施例提供了一种太赫兹调制器,包括衬底1、缓冲层2、绝缘介质层3、覆盖层4和石墨烯薄膜层5,所述衬底1的顶部设有开口谐振环阵列,且开口谐振环阵列边缘处的衬底1顶部附有缓冲层2,所述开口谐振环阵列的上方位置处设有绝缘介质层3,所述绝缘介质层3的底部镀有覆盖层4,所述绝缘介质层3的上方设有石墨烯薄膜层5,且石墨烯薄膜层5的面积小于绝缘介质层3的顶部面积,所述石墨烯薄膜层5为单层石墨烯,所述石墨烯薄膜层5两侧的绝缘介质层3上表面分别设有源电极6和漏电极7,且源电极6和漏电极7均覆盖石墨烯薄膜层5的边缘处,所述石墨烯薄膜层5后方的绝缘介质层3上表面设有栅电极8,且栅电极8与石墨烯薄膜层5的边缘连接,所述开口谐振环阵列由多组开口谐振环单元9组成,且开口谐振环单元9为正方形金属框,所述金属框正中间设有开口10,且开口10与金属框之间为镂空结构,多组所述开口谐振环单元9为矩形阵列排布,所述开口谐振环阵列两侧与衬底1之间形成等效肖特基二极管11,所述覆盖层4下设有微米丝悬臂12,且微米丝悬臂12与开口10相配合,当未加偏压时,微米丝悬臂12位于开口谐振环单元9的开口10上方,当加电场或偏压时,微米丝悬臂12弯曲下垂与开口10搭接。所述衬底1为正方形,且衬底1的上表面边长为150mm,所述衬底1为蓝宝石材料,对太赫兹波损耗更小,有足够的机械强度,且衬底1的厚度为150μm。所述开口谐振环单元9中正方形金属框的边长为36μm,所述开口10的口径为10μm。所述开口谐振环单元9的材料为金,且开口谐振环单元9雕刻在衬底1上,所述开口谐振环单元9的周期为50μm。所述覆盖层4的材料为Si3N4,且覆盖层4的厚度为100nm,所述为微米丝悬臂12的材料为Si3N4。所述的源电极6、漏电极7和栅电极8的材质为金,所述源电极6和漏电极7长度均为20mm,宽均为2.5mm,厚度均为50nm。所述缓冲层2的材料为GaN,且缓冲层2的厚度为25nm。该太赫兹调制器以石墨烯薄膜层5为调制材料,相比于传统的超材料,石墨烯的费米能级可以通过电压进行调控,从而对不同频率的太赫兹波产生吸收,实现其对不同频率太赫兹波的调控作用,调制速率高,再结合开口谐振环单元9,改变开口10处的载流子浓度,实现对共振强度的协调以控制太赫兹波的传输,增强太赫兹波与石墨烯的相互作用,调制深度更大,同时,配合蓝宝石衬底1,相比较于掺杂半导体的衬底1对太赫兹波损耗更小,此外,蓝宝石衬底1很结实,有足够的机械强度,制备得更加轻薄化,另外,通过加偏压使微米丝悬臂12弯曲下垂,与开口10搭接,使合成结构的有效本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太赫兹调制器,其特征在于:包括衬底(1)、缓冲层(2)、绝缘介质层(3)、覆盖层(4)和石墨烯薄膜层(5),所述衬底(1)的顶部设有开口谐振环阵列,且开口谐振环阵列边缘处的衬底(1)顶部附有缓冲层(2),所述开口谐振环阵列的上方位置处设有绝缘介质层(3),所述绝缘介质层(3)的底部镀有覆盖层(4),所述绝缘介质层(3)的上方设有石墨烯薄膜层(5),且石墨烯薄膜层(5)的面积小于绝缘介质层(3)的顶部面积,所述石墨烯薄膜层(5)为单层石墨烯,所述石墨烯薄膜层(5)两侧的所述绝缘介质层(3)上表面分别设有源电极(6)和漏电极(7),且源电极(6)和漏电极(7)均覆盖在石墨烯薄膜层(5)的边缘处,所述石墨烯薄膜层(5)后方的绝缘介质层(3)上表面设有栅电极(8),且栅电极(8)与石墨烯薄膜层(5)的边缘连接,所述开口谐振环阵列由多组开口谐振环单元(9)组成,且开口谐振环单元(9)为正方形金属框,所述金属框正中间设有开口(10),且开口(10)与金属框之间为镂空结构,多组所述开口谐振环单元(9)为矩形阵列排布,所述开口谐振环阵列两侧与衬底(1)之间形成等效肖特基二极管(11),所述覆盖层(4)下设有微米丝悬臂(12),且微米丝悬臂(12)与开口(10)相配合。...

【技术特征摘要】
1.一种太赫兹调制器,其特征在于:包括衬底(1)、缓冲层(2)、绝缘介质层(3)、覆盖层(4)和石墨烯薄膜层(5),所述衬底(1)的顶部设有开口谐振环阵列,且开口谐振环阵列边缘处的衬底(1)顶部附有缓冲层(2),所述开口谐振环阵列的上方位置处设有绝缘介质层(3),所述绝缘介质层(3)的底部镀有覆盖层(4),所述绝缘介质层(3)的上方设有石墨烯薄膜层(5),且石墨烯薄膜层(5)的面积小于绝缘介质层(3)的顶部面积,所述石墨烯薄膜层(5)为单层石墨烯,所述石墨烯薄膜层(5)两侧的所述绝缘介质层(3)上表面分别设有源电极(6)和漏电极(7),且源电极(6)和漏电极(7)均覆盖在石墨烯薄膜层(5)的边缘处,所述石墨烯薄膜层(5)后方的绝缘介质层(3)上表面设有栅电极(8),且栅电极(8)与石墨烯薄膜层(5)的边缘连接,所述开口谐振环阵列由多组开口谐振环单元(9)组成,且开口谐振环单元(9)为正方形金属框,所述金属框正中间设有开口(10),且开口(10)与金属框之间为镂空结构,多组所述开口谐振环单元(9)为矩形阵列排布,所述开口谐振环阵列两侧与衬底(1)之间形成等效肖特基二极管(11),所述覆盖层(4)下设有微米丝悬臂(12),且微米丝悬臂(12)与开口(10)相配合...

【专利技术属性】
技术研发人员:夏良平李亚东王广钊隆小江张万里张鹏赵文喜杜得荣毛燕湖
申请(专利权)人:长江师范学院
类型:发明
国别省市:重庆,50

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