[發明專利]一種單顆粒表面等離激元電光調制器及其制備方法

有效

• 申請號: 201710773062.X
• 申請日: 2017-08-31
• 公開（公告）號: CN107608094B
• 公開（公告）日: 2019-11-01
• 發明（設計）人: 方哲宇;李博文;朱星;祖帥;蔣瞧
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G02F1/015
• 分類號: G02F1/015;G02F1/03
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理有限公司 11360
• 代理人: 李稚婷

1.一種單顆粒表面等離激元電光調制器，其特征在于，包括底電極、導電襯底、絕緣層、單層過渡金屬硫族化合物、金屬納米結構和頂電極，其中：底電極位于導電襯底之下，絕緣層位于導電襯底上，單層過渡金屬硫族化合物位于絕緣層上，金屬納米結構位于單層過渡金屬硫族化合物上，頂電極位于單層過渡金屬硫族化合物上但遠離金屬納米結構區域；所述過渡金屬硫族化合物表示為MX₂，其中M＝Mo或W，X＝S或Se；該電光調制器具有平板電容型結構，底電極與頂電極分別與外部調制電壓相連接，組成電光調制器的正負極，正負極之間由絕緣層隔開形成電容器。

2.如權利要求1所述的單顆粒表面等離激元電光調制器，其特征在于，所述絕緣層的材料選自下列物質中的一種或多種：SiO₂、Al₂O₃、Hf₂O和TiO₂；所述導電襯底是Si襯底或導電玻璃襯底。

3.如權利要求1所述的單顆粒表面等離激元電光調制器，其特征在于，所述金屬納米結構的材質選自下列金屬中的一種或多種：金、銀、鉑、銅和鋁；厚度為30-50nm，水平方向上最大長度為100-200nm。

4.如權利要求3所述的單顆粒表面等離激元電光調制器，其特征在于，所述單層過渡金屬硫族化合物為單層二硫化鉬；所述金屬納米結構是厚度為30nm，半徑為60nm的Au納米圓盤。

5.如權利要求1所述的單顆粒表面等離激元電光調制器，其特征在于，所述底電極和頂電極為Ti/Au雙層結構的金屬電極，其中Ti的厚度為5-10nm，Au的厚度為70-80nm。

6.一種權利要求1～5中任意一項所述的單顆粒表面等離激元電光調制器的制備方法，包括以下步驟：

1)獲得導電襯底及導電襯底上的絕緣層，并清洗導電襯底及絕緣層；

2)在導電襯底的底面制備底電極；

3)將制備的單層過渡金屬硫族化合物轉移到導電襯底上的絕緣層之上；

4)在單層過渡金屬硫族化合物上制備金屬納米結構；

5)在單層過渡金屬硫族化合物上遠離金屬納米結構的地方制備頂電極；

6)將頂電極和底電極分別與外部調制電路相連接，實現偏壓調控。

7.如權利要求6所述的制備方法，其特征在于，步驟1)直接使用SiO₂/Si襯底，或者在導電襯底的一面制備絕緣層；步驟2)在導電襯底的底面利用電子束蒸發鍍膜的方法制備金屬電極作為底電極。

8.如權利要求6所述的制備方法，其特征在于，步驟3)中：首先利用化學氣相沉積方法在硅片上生長單層過渡金屬硫族化合物，之后在生長過渡金屬硫族化合物的一面旋涂一層聚甲基丙烯酸甲酯并烘干，隨后將其泡入氫氧化鉀溶液中一段時間；接下來將懸浮在氫氧化鉀溶液上的覆蓋有聚甲基丙烯酸甲酯的過渡金屬硫族化合物層用蒸餾水洗凈，去除氣泡和雜質后撈出并轉移至步驟2)所得材料的絕緣層上；隨后利用丙酮蒸汽去除過渡金屬硫族化合物層上的聚甲基丙烯酸甲酯。

9.如權利要求6所述的制備方法，其特征在于，步驟4)和步驟5)中，所述金屬納米結構和頂電極利用電子束曝光的方法按照設計好的圖案和尺寸分別形成于單層過渡金屬硫族化合物上。

10.如權利要求6所述的制備方法，其特征在于，步驟6)通過點焊的工藝將底電極和頂電極分別與外部調制電路相連接。