一种表面等离激元光调制器和光电器件制造技术

本申请提供一种表面等离激元光调制器和光电器件，涉及光电技术领域，包括：衬底；设置于衬底上的石墨烯薄膜层；设置于石墨烯薄膜层上的黑磷薄膜层，石墨烯薄膜层与黑磷薄膜层形成范德华异质结。由此，能够通过表面等离激元光调制器中的石墨烯薄膜层与黑磷薄膜层形成的范德华异质结，结合栅压的调控，使得石墨烯的电导率的虚部调整到正数，从而在石墨烯薄膜层和黑磷薄膜层之间的界面激发表面等离激元现象，便可以通过改变黑磷的入射光偏振方向，从而改变整个石墨烯薄膜层和黑磷薄膜层形成的异质结构的色散关系，进而实现光强度的调节。节。节。

【技术实现步骤摘要】
一种表面等离激元光调制器和光电器件


[0001]本申请涉及光电
，具体而言，涉及一种表面等离激元光调制器和光电器件。

技术介绍

[0002]信息社会中，数据通信和因特网的日益发展促使市场对传输速率和通信容量需求不断增加，从而对光传输网络的需求量也迅速增长，在大容量光传输系统中，对光信号的高速调制必不可少。光调制器是高速、长距离光通信的关键器件，也是最重要的集成光学器件之一。
[0003]自英国曼彻斯特大学物理学奖海姆和诺沃肖洛夫成功从石墨中分离出石墨烯，石墨烯因其奇特的结构和优异的性能，吸引了人们巨大的热情。石墨烯是零带隙的半导体材料，其通过简单的栅压调控，就可以使费米能级产生很大的移动。而费米能级的改变将产生电导率的变化。通过这个性质，可以利用光与石墨烯之间发生耦合作用，设计出具有很高的调制效率及低半波电压的电光调制器。
[0004]随着高速通信和芯片集成技术的不断发展，对器件的小型化和低能耗性提出了更高的要求。表面等离激元的出现为这些问题提供了一种新的解决办法。而石墨烯则可以支持表面等离激元的传输，并且具有较强的能量束缚能力和较小的传输损耗，这可以弥补传统金属在这些频率范围的空白。因此将石墨烯波导结构和表面等离激元相结合设计光调制器的研究和应用可以进一步降低尺寸和功耗，同时提高调制效率。
[0005]但是由于石墨烯的面内各向同性特征，因此无法实现偏振光角度相关的可调表面等离激元器件。此外，由于石墨烯的能带范围限制，现有基于石墨烯的表面等离激元器件往往仅能工作在太赫兹和近红外波段。r/>
技术实现思路

[0006]本申请的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种表面等离激元光调制器和光电器件，以解决现有石墨烯表面等离激元器件无法实现偏振光角度相关可调和工作波长受限的问题。
[0007]为实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：
[0008]本申请实施例的一方面，提供一种表面等离激元光调制器，包括：衬底；设置于衬底上的石墨烯薄膜层；设置于石墨烯薄膜层上的黑磷薄膜层，石墨烯薄膜层与黑磷薄膜层形成范德华异质结。
[0009]可选的，在石墨烯薄膜层中设置有掺杂离子，用于调节石墨烯薄膜层的电导率。
[0010]可选的，还包括设置于石墨烯薄膜层的顶电极和设置于衬底背面的底电极。
[0011]可选的，在衬底和石墨烯薄膜层之间还设置有绝缘层。
[0012]可选的，衬底的厚度为50nm至100nm。
[0013]可选的，衬底为硅衬底、碳化硅衬底和氮化镓衬底中的一种。
[0014]本申请实施例的另一方面，提供一种光电器件，包括上述任一种的表面等离激元光调制器。
[0015]本申请的有益效果包括：
[0016]本申请提供了一种表面等离激元光调制器和光电器件，包括：衬底；设置于衬底上的石墨烯薄膜层；设置于石墨烯薄膜层上的黑磷薄膜层，石墨烯薄膜层与黑磷薄膜层形成范德华异质结。由此，能够通过表面等离激元光调制器中的石墨烯薄膜层与黑磷薄膜层形成的范德华异质结，结合栅压的调控，使得石墨烯电导率的虚部调整到正数，从而在石墨烯薄膜层和黑磷薄膜层之间的界面激发表面等离激元现象，便可以通过改变黑磷的入射光偏振方向，从而改变整个石墨烯薄膜层和黑磷薄膜层形成的异质结构的色散关系，进而实现光强度的调节。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0018]图1为本申请实施例提供的一种表面等离激元光调制器的结构示意图；
[0019]图2为本申请实施例提供的一种表面等离激元光调制器工作在波长为500nm下传输距离随入射光角度变化的示意图；
[0020]图3为本申请实施例提供的一种表面等离激元光调制器工作在波长为800nm下传输距离随入射光角度变化的示意图；
[0021]图4为本申请实施例提供的一种表面等离激元光调制器工作在波长为380nm下传输距离随入射光角度变化的示意图；
[0022]图5为本申请实施例提供的一种表面等离激元光调制器工作在波长为480nm下传输距离随入射光角度变化的示意图；
[0023]图6为基于黑磷的三层介质模型示意图；
[0024]图7为本申请实施例提供的一种表面等离激元光调制器的结构示意图。
[0025]图标：110
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衬底；120
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绝缘层；130
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石墨烯薄膜层；140
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黑磷薄膜层；150
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入射偏振光；160
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底电极；170
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顶电极。
具体实施方式
[0026]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0027]应当理解，虽然术语第一、第二等可以在本文中用于描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区域分一个元件与另一个元件。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一元件可称为第二元件，并且类似地，第二元件可称为第一元件。如本文所使用，术语“和/或”包括相关联的所列项中的一个或多个的任何和所有组合。
[0028]应当理解，当一个元件(诸如层、区域或衬底)被称为“在另一个元件上”或“延伸到另一个元件上”时，其可以直接在另一个元件上或直接延伸到另一个元件上，或者也可以存在介于中间的元件。相反，当一个元件被称为“直接在另一个元件上”或“直接延伸到另一个元件上”时，不存在介于中间的元件。同样，应当理解，当元件(诸如层、区域或衬底)被称为“在另一个元件之上”或“在另一个元件之上延伸”时，其可以直接在另一个元件之上或直接在另一个元件之上延伸，或者也可以存在介于中间的元件。相反，当一个元件被称为“直接在另一个元件之上”或“直接在另一个元件之上延伸”时，不存在介于中间的元件。还应当理解，当一个元件被称为“连接”或“耦接”到另一个元件时，其可以直接连接或耦接到另一个元件，或者可以存在介于中间的元件。相反，当一个元件被称为“直接连接”或“直接耦接”到另一个元件时，不存在介于中间的元件。
[0029]除非另外定义，否则本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)的含义与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同。还应当理解，本文所使用的术语应解释为含义与它们在本说明书和相关领域的情况下的含义一致，而不能以理想化或者过度正式的意义进行解释，除非本文中已明确这样定义。
[0030]本申请实施例的一方面，提供一种表面等离激元本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种表面等离激元光调制器，其特征在于，包括：衬底；设置于所述衬底上的石墨烯薄膜层；设置于所述石墨烯薄膜层上的黑磷薄膜层，所述石墨烯薄膜层与所述黑磷薄膜层形成范德华异质结。2.如权利要求1所述的表面等离激元光调制器，其特征在于，在所述石墨烯薄膜层中设置有掺杂离子，用于调节所述石墨烯薄膜层的电导率。3.如权利要求1所述的表面等离激元光调制器，其特征在于，还包括设置于所述石墨烯薄膜层顶电极和设置于所述衬底背面的底电...

【专利技术属性】
技术研发人员：周锋，温怀疆，
申请(专利权)人：浙江传媒学院，
类型：发明
国别省市：