[實用新型]一種高性能單層石墨烯太赫茲波反射型調制器

有效

• 申請號: 201720379227.0
• 申請日: 2017-04-12
• 公開（公告）號: CN207676092U
• 公開（公告）日: 2018-07-31
• 發明（設計）人: 周大朋;肖丙剛
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: G02F1/19
• 分類號: G02F1/19
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本實用新型公開了一種高性能單層石墨烯太赫茲波反射型調制器，該器件底層由一層金屬金作為反射層，一層二氧化硅襯底層，一層硅基底作為中間層，一層二氧化硅襯底層，一層石墨烯入射層，由下往上堆疊而成具有對稱的五層結構。該調制器通過等效電路法理論計算，通過觀察該結構對太赫茲信號的調制，能夠實現高調制深度、高調制速率和寬帶寬的特性。該調制器結構簡單、緊湊合理，便于加工。

技術領域

本實用新型涉及一種基于石墨烯材料作為高性能太赫茲波調制器件，屬于石墨烯材料在太赫茲波段通信應用領域。

背景技術

隨著無線通信技術不斷更新換代，當前無線通信正面臨著頻譜資源有限、通信速度無法滿足人們的要求等問題，太赫茲(terahertz，THz)波(頻率從100GHz到10THz)因其頻段資源豐富、帶寬大、不易被探測和截收和很強的抗干擾能力等優點，成為目前無線通信領域研究的熱點之一。近年來，隨著太赫茲波段源和探測器的基礎問題解決，太赫茲波段的通信器件成為目前研發的重點，而太赫茲調制器作為其中的核心器件，引起了國內外研究人員的廣泛關注。到目前為止，已經被提出的調制器要么調制深度很高，而調制帶寬和調制速率很小；要么傳輸損耗很小，調制帶寬很寬，而調制深度不夠理想。因此，對于實現調制深度高，傳輸損耗小且調制帶寬和調制速率的調制器與日俱增，這在太赫茲通信領域具有重要意義。

近年來大多數基于石墨烯的太赫茲波調制器都是基于石墨烯-介質-基底結構組成的調制器。盡管這些調制器結構簡單，能夠實現較高的調制深度，或者較高的調制速度和調制帶寬，但是，這些調制器很少在調制深度、調制帶寬、調制速率、傳輸損耗等性能參數之間實現一個較好的均衡，這就限制了調制器在太赫茲通信領域的應用。

考慮到了實際加工的可操作性，結構難易等要求，本實用新型提出了一種基于單層石墨烯的太赫茲波反射型調制器件。其基本原理是：由于石墨烯具有很高的電子遷移率、可調和對稱的費米能級等特性，可以通過外加偏置電壓來改變石墨烯的費米能級，當石墨烯上加上非零偏置電壓時，電源將基底中的電子引向石墨烯，使其費米能級偏離中心點，使其電導率急劇增加，石墨烯表現金屬屬性，大部分太赫茲波被反射回去，很小一部分被吸收，由于底層為金屬，所以太赫茲波無透射，此時調制0信號；當石墨烯上不加電壓時，由于石墨烯超薄性質，大部分太赫茲波都被地層金屬反射回去，只有很小一部分被調制器吸收，此時調制的是1信號；使用單層石墨烯來減少信號的傳輸損耗，提高偏置電壓增加調制器的調制深度，適當的減少調制器的尺寸，加上合適的結構設計，來增加調制器的調制速度和調制帶寬。作為新型的石墨烯材料，其加工技術也得到了廣大科研工作者的研究變得日趨的成熟，最常用的加工技術是CVD法。顧本實用新型具有重要的科學意義和實際應用價值，在太赫茲調制器實際應用中也有著一定的前景。

發明內容

本實用新型的目的在于提供一種結構簡單、易于加工、具有調制深度高、寬調制帶寬和高調制速率的特點，且能夠在實際中應用的石墨烯太赫茲波調制器。

為實現上述目的，本實用新型采用的技術方案為：一種高性能單層石墨烯太赫茲波反射型調制器，該器件由一層金屬反射層、第一二氧化硅襯底層、一層硅基底中間層、第二二氧化硅襯底層和一層石墨烯層由下往上疊置而成的五層結構。

本技術方案中的高性能單層石墨烯太赫茲波反射型調制器件以石墨烯材料為基礎，可以通過氧化石墨還原法來制作，器件的加工還包括光刻及刻蝕技術。本實用新型所述的石墨烯材料選用的化學勢能在0.1ev～0.2eV的低化學勢，這在實驗上進行參雜也是很容易去實現的。

頂層為石墨烯層，厚度為1nm，面積為1cm*1cm。

第一二氧化硅襯底層，其厚度為150nm，面積為1cm*1cm。

硅基底中間層，其厚度為400um，面積為1cm*1.2cm。

第二二氧化硅襯底層，其厚度為150nm，面積為1cm*1cm。

金屬反射層，面積為1cm*1cm。