[發明專利]一種基于面內異質結的極化波波導傳輸耦合裝置及制備方法

有效

• 申請號: 201811336502.6
• 申請日: 2018-11-12
• 公開（公告）號: CN109407210B
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: 戴慶;郭相東;楊曉霞;胡海;胡德波;廖寶鑫
• 申請（專利權）人: 國家納米科學中心
• 主分類號: G02B6/122
• 分類號: G02B6/122;G02B6/13
• 代理公司: 北京律恒立業知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11416
• 代理人: 龐立巖;顧珊

1.一種基于面內異質結的極化波波導傳輸耦合裝置，所述裝置自下而上依次包括設置的襯底、電介質層、石墨烯/hBN面內異質結薄膜；

其中，所述電介質層沉積在襯底上，石墨烯/hBN面內異質結薄膜覆蓋于電介質層上，所述石墨烯/hBN面內異質結薄膜包括石墨烯層和hBN層，石墨烯層和hBN層的分布方式為“日”字型或“回”字型；

設置偏置電壓源，所述偏置電壓源的一極加在襯底上，另一極加在石墨烯上。

2.根據權利要求1所述的基于面內異質結的極化波波導傳輸耦合裝置，其特征在于，所述石墨烯/hBN面內異質結薄膜是通過化學氣相沉積法制備出來，其上面支持的極化波可以用散射型近場光學顯微鏡激發和探測的。

3.根據權利要求1所述的基于面內異質結的極化波波導傳輸耦合裝置，其特征在于，

所述襯底的材料包括Si，用于作為導電柵極層；

所述電介質層的材料包括SiO2,MgF2，CaF2，BaF2，空氣材料，所述電介質層的厚度范圍為10nm～3000nm；

所述偏置電壓源的金屬材料包括但不限于金、銀、銅、鋁、鉑單一金屬層、合金層或多種單一金屬層或合金層的疊加結構，其中金屬材料的寬度和長度范圍為10nm～2×10⁷nm，厚度范圍為5nm～3×10⁶nm。

4.根據權利要求1所述的基于面內異質結的極化波波導傳輸耦合裝置，其特征在于，通過設計不同的偏置電壓，進而改變石墨烯費米能和石墨烯等離激元極化波的色散關系，改變了石墨烯等離激元極化波和hBN聲子極化波的動量匹配條件，調控極化波之間的傳輸耦合效率。

5.根據權利要求4所述的基于面內異質結的極化波波導傳輸耦合裝置，其特征在于，當石墨烯的遷移率2000cm²/Vs，hBN的厚度為1nm，在hBN支持聲子極化波的頻段選定1377cm^-1和1385cm^-1的激發光源頻率，改變石墨烯上的偏壓，極化波之間耦合透射率將被大幅度調制。

6.根據權利要求5所述的基于面內異質結的極化波波導傳輸耦合裝置，其特征在于，在頻率1377cm^-1支持的極化波之間耦合透射被從0％調制到100％，其中費米能從0.1eV到0.6eV變化。

7.一種制備如權利要求1所述的基于面內異質結的極化波波導傳輸耦合裝置的方法，

所述方法具體的包括以下步驟；

(1)制作電介質層：利用電子束蒸鍍、原子層沉積或分子束外延生長的方法在襯底上制備電介質層薄膜作為介電基底，其中襯底的材料為硅；

(2)制備石墨烯/hBN薄膜：通過標準的化學氣相沉積法獲取石墨烯/hBN面內異質結薄膜；

(3)轉移石墨烯/hBN面內異質結薄膜：將化學氣相沉積法的石墨烯/hBN面內異質結薄膜轉移到上述制備的電介質層上；

(4)制作電源極層：利用紫外光刻、電子束曝光、電子束蒸鍍或熱蒸鍍或磁控濺射或分子束外延生長的方法制備電源極層。