[發明專利]硅基微納米混合結構光控太赫茲波調制器及其制備方法

在審

• 申請號: 201810054212.6
• 申請日: 2018-01-19
• 公開（公告）號: CN108254944A
• 公開（公告）日: 2018-07-06
• 發明（設計）人: 文岐業;金濃;朱韻樵;文天龍;楊青慧;陳智;馮正;譚為;張懷武
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G02F1/01
• 分類號: G02F1/01
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 敖歡;葛啟函

1.一種硅基微納米混合結構光控太赫茲波調制器，其特征在于：包括硅基底(1)、位于硅基底(1)表面的微米金字塔結構(2)、分布于微米金字塔結構(2)表面的納米孔洞結構(3)、通過光纖(5)連接光纖調制器(6)的半導體激光器(4)、用于輸出調制激光束(9)照射到微米金字塔結構(2)上的光纖調制器(6)，所述微米金字塔結構(2)為四棱錐結構，所述硅基底(1)、微米金字塔結構(2)、納米孔洞結構(3)構成硅基微納米混合結構；所述微米金字塔結構(2)和納米孔洞結構(3)均是用濕法刻蝕方法在硅基底(1)上依次刻蝕而成，二者屬于同一硅材料；太赫茲波源(7)產生的太赫茲波束(10)入射到微米金字塔結構(2)上，太赫茲探測器(8)用于接收太赫茲波源(7)經過硅基微納米混合結構的太赫茲信號。

2.根據權利要求1所述的一種硅基微納米混合結構光控太赫茲波調制器，其特征在于：所述硅基底(1)采用高阻硅，其電阻率≥1000Ω.cm^-1。

3.根據權利要求1所述的一種硅基微納米混合結構光控太赫茲波調制器，其特征在于：所述微米金字塔結構(2)是對硅基底(1)采用堿法刻蝕得到，特征尺寸為微米量級，金字塔結構的高度和底面邊長均在5μm～15μm之間。

4.根據權利要求1所述一種硅基微納米混合結構光控太赫茲波調制器，其特征在于：所述納米孔洞結構(3)是對微米金字塔結構(2)采用金屬離子輔助酸法刻蝕得到，為孔洞狀，孔洞直徑和深度均在10nm～100nm之間，其中用于刻蝕的金屬離子僅限于Au和Pt。

5.根據權利要求1所述的一種硅基微納米混合結構光控太赫茲波調制器，其特征在于：在納米孔洞結構(3)制備完成后，在氬氣氛圍中900℃高溫下熱處理30min，使得Au或者Pt離子擴散進入Si材料晶格。

6.根據權利要求1所述的一種硅基微納米混合結構光控太赫茲波調制器，其特征在于：所述調制激光束(9)輸出波長為638nm的激光，激光強度大于10mw/mm²。

7.根據權利要求1所述的一種硅基微納米混合結構光控太赫茲波調制器，其特征在于：調制器能工作在低至10mW/mm²的極低激光功率下，當激光功率≥300mW/mm²時，太赫茲波調制器的最高調制深度達到95％，最高調制速度達到3MHz。

8.權利要求1至7任意一項所述硅基微納米混合結構光控太赫茲波調制器的制備方法，其特征在于包括如下步驟：

(1)制備硅基微納米混合結構：

1.1選取雙面拋光、厚度為500μm的低摻雜Si片，其電阻率為1000-10000Ω.cm^-1；用氫氟酸去掉硅表面自然氧化層，依次用丙酮、酒精、去離子水反復洗滌3遍以上，烘干待用；

1.2配置堿性腐蝕溶液刻蝕上述洗好的硅片，形成微米金字塔結構；

1.3配置酸性刻蝕液，其中雙氧水最后加入，配好后的刻蝕液用滴管吸取，滴加到清洗好的有微米金字塔結構的硅片樣品表面形成納米孔洞結構(3)，反應五分鐘后清洗吹干；

1.4將上述樣品在氬氣氛圍中900℃高溫下熱處理30min，使得Au離子或者Pt離子擴散進入Si材料晶格；

(2)激光器組裝：

選用具有638nm波長激光的光纖耦合半導體激光器和光纖調制器，激光經過光纖調制器調制之后輸出并入射到硅基微納米混合結構上。

9.根據權利要求8所述的硅基微納米混合結構光控太赫茲調制器的制備方法，其特征在于：步驟1.2的堿性腐蝕溶液為氫氧化鉀、異丙醇、去離子水的混合溶液，其中氫氧化鉀的重量百分比4％-5％，異丙醇體積百分比為20％，堿性腐蝕溶液的溫度為80-85℃，刻蝕反應時間為12-20分鐘。

10.根據權利要求8所述的硅基微納米混合結構光控太赫茲調制器的制備方法，其特征在于：步驟1.3的酸性刻蝕液為去離子水、乙醇、氫氟酸、氯金酸、雙氧水按2:2:1:1:5的體積比混合。