[發(fā)明專利]一種基于低維電子等離子體波的太赫茲調制器及其制造方法

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• 申請日: 2014-06-10
• 公開（公告）號: CN105204190A
• 公開（公告）日: 2015-12-30
• 發(fā)明（設計）人: 黃永丹;秦華;張志鵬;余耀
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: G02F1/01
• 分類號: G02F1/01
• 代理公司: 北京律和信知識產權代理事務所(普通合伙) 11446
• 代理人: 王美石;劉國偉

1.一種基于低維電子等離子體波的太赫茲調制器，包括等離激元和諧振腔；其特征在于，

所述等離激元包括：

GaN/AlGaN之高電子遷移率晶體管，其包括：源極、漏極和光柵柵極；

位于所述晶體管的半導體異質界面處窄帶隙半導體一側形成的準二維電子層，用于激發(fā)等離子體波；

所述諧振腔，包括光柵與樣品接觸的表面到經減薄藍寶石襯底的下表面形成的介質諧振腔。

2.根據權利要求1所述的太赫茲調制器，其中所述光柵柵極為一維光柵或者插指型光柵。

3.根據權利要求1所述的太赫茲調制器，其中所述諧振腔為減薄樣品本身界面形成的Fabry-Pérot諧振腔或者由相同介質層組成的對稱諧振腔結構。

4.根據權利要求1所述的太赫茲調制器，其中所述光柵柵極還包括平面二維網格光柵、同心圓形光柵、太赫茲超材料光柵。

5.根據權利要求1所述的太赫茲調制器，其中所述諧振腔為二維電子氣共面的諧振腔。

6.根據權利要求1所述的太赫茲調制器，所述準二維電子層為半導體二維電子溝道中的電子，利用所述電子的集體振蕩來實現(xiàn)對太赫茲波的共振吸收，通過與諧振腔模式強耦合進一步增強吸收。

7.一種基于高電子遷移率晶體管的高速太赫茲波調制方法，其特征在于，包括：

將所述晶體管的源極和漏極接地，向所述晶體管的柵極提供一負直流柵壓V_G和交流調制信號，該信號幅值為

所述晶體管具有光柵柵極，光柵柵極將二維電子氣中二維等離子體波和太赫茲諧振腔模式進行強耦合形成等離極化激元；

調節(jié)光柵柵壓，使其達到等離激元和諧振腔模的共振條件；

將柵壓在共振和非共振點之間進行切換，實現(xiàn)對諧振腔模式的有效調制。

8.根據權利要求7所述的高速太赫茲波調制方法，其中，所述等離激元的共振頻率依賴于電子濃度n_s、波矢q以及有效介電常數即其中W為柵長，m＝1,2,3...。

9.根據權利要求7或8所述的高速太赫茲波調制方法，其中，所述諧振腔為Fabry-Pérot諧振腔，所述Fabry-Pérot諧振腔模式與諧振腔介質的折射率和厚度D有關，其共振頻率為ωc=kπcn‾D,k=1,2,3,....]]>

10.根據權利要求7或8所述的高速調制方法，其中，當等離激元與諧振腔模式共振強耦合時，出現(xiàn)等離極化激元的兩分支。

11.一種太赫茲調制器的制造方法，其特征在于，包括步驟如下：

步驟一、在GaN/AlGaN二維電子氣材料小片上形成器件有源區(qū)的二維電子氣臺面；

步驟二、形成源、漏歐姆接觸；

步驟三、形成光柵柵極；

步驟四、形成光柵柵極和歐姆接觸的引線電極以及用于晶片鍵合的圖形轉移；

步驟五、對藍寶石襯底的背面進行減薄并拋光，以形成諧振腔結構。

12.根據權利要求11所述的太赫茲調制器的制造方法，其中步驟一中，所述GaN/AlGaN二維電子氣材料小片，是通過激光劃片機將2寸GaN/AlGaN二維電子氣原片切成長寬都為1.5厘米的方型小片；所述二維電子氣臺面則采用紫外曝光技術實現(xiàn)二維電子氣臺面的圖形轉移，然后，采用感應耦合等離子體刻蝕二維電子氣材料，以形成器件有源區(qū)臺面。

13.根據權利要求11所述的太赫茲調制器的制造方法，其中步驟二中，進一步包括：光刻，采用電子束蒸發(fā)工藝，在二維電子氣臺面上蒸鍍歐姆接觸的多層金屬結構，經過剝離后，形成歐姆接觸金屬圖形，放置在快速退火爐里進行退火，形成源漏歐姆接觸。