[發(fā)明專利]MoTe2和Si復(fù)合結(jié)構(gòu)全光太赫茲調(diào)制器及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910826305.0
• 申請日: 2019-09-03
• 公開（公告）號: CN110531540A
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王善朋;陶緒堂;喬杰;王子明
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: G02F1/00
• 分類號: G02F1/00
• 代理公司: 37219 濟(jì)南金迪知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 顏洪嶺<國際申請>=<國際公布>=<進(jìn)入

一種MoTe₂和Si復(fù)合結(jié)構(gòu)全光太赫茲調(diào)制器及其制備方法，該調(diào)制器包括表面拋光的硅片以及硅片表面覆蓋的MoTe₂層；其制備方法包括以下步驟：(1)稱取Te和Mo裝入石英管中并封管，(2)將石英管放入加熱爐中，Mo和Te充分化合反應(yīng)；(3)反應(yīng)完畢取出石英管并離心，得到MoTe₂體塊單晶；(4)將MoTe₂體塊單晶放入盛有NMP的離心管中進(jìn)行超聲，得到MoTe₂分散液；(5)對獲得的分散液進(jìn)行離心，取上清液；(6)將MoTe₂上清液旋涂在清洗后的硅片表面，烘干，使NMP溶液完全揮發(fā)，得到MoTe₂和Si復(fù)合結(jié)構(gòu)的太赫茲調(diào)制器。本發(fā)明制作工藝簡單，能夠均勻大面積制備，制備的調(diào)制器調(diào)制簡單易實(shí)現(xiàn)，在較低的泵浦激光功率下，能夠?qū)崿F(xiàn)寬帶調(diào)制，調(diào)制調(diào)制深度大、靈敏度高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于MoTe₂/Si復(fù)合結(jié)構(gòu)的全光太赫茲調(diào)制器及其制備方法，屬于二維材料及光電功能器件應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

太赫茲(THz)是介于紅外和微波之間的電磁波段，其頻率范圍在0.1-10THz，所對應(yīng)的波長范圍為3-0.03mm。近些年來，隨著太赫茲技術(shù)的發(fā)展，太赫茲波的產(chǎn)生和探測的問題已經(jīng)得到了較好地解決。但是，由于缺少快速有效的太赫茲功能器件，如何便捷高效地控制太赫茲波仍是一個(gè)亟待解決的問題。在一個(gè)太赫茲系統(tǒng)中，太赫茲調(diào)制器有著舉足輕重的作用，特別是在太赫茲短距離無線通信、超快連接以及太赫茲成像系統(tǒng)中。因?yàn)樗梢钥刂铺掌澆ǖ姆怠⑾辔弧⑵駪B(tài)、空間傳播方向等。因此，對太赫茲波調(diào)制器的研究具有非常重要的意義，可以推動太赫茲技術(shù)的實(shí)用化。而目前的太赫茲調(diào)制器，在調(diào)制深度、調(diào)制速度、頻寬等方面仍存在不足。

根據(jù)調(diào)制的物理量，調(diào)制器可以分為振幅調(diào)制器、相位調(diào)制器以及波形調(diào)制器等等。根據(jù)調(diào)制手段可以分為應(yīng)力調(diào)制、電學(xué)調(diào)制、光學(xué)調(diào)制、溫度調(diào)制、聲光調(diào)制以及磁光調(diào)制等。但是每種調(diào)制手段都具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，例如溫度調(diào)制具有較慢的調(diào)制速度，應(yīng)力調(diào)制需要精確的計(jì)量設(shè)備，而電學(xué)以及光學(xué)調(diào)制都具有相對較大的插入損耗。全光太赫茲調(diào)制技術(shù)利用可見或者近紅外光源直接照射器件表面產(chǎn)生光生載流子，通過控制光源的強(qiáng)度可實(shí)現(xiàn)高靈敏度的太赫茲調(diào)制。

傳統(tǒng)的全光太赫茲調(diào)制器采用單一半導(dǎo)體(例如Si、Ge等)，由于較低的載流子濃度，其調(diào)制深度受到極大的限制。二維材料由于其獨(dú)特的光學(xué)和電學(xué)等物理特性被認(rèn)為是最有潛力替代硅材料的下一代電子材料，二維材料與半導(dǎo)體復(fù)合可以實(shí)現(xiàn)太赫茲調(diào)制器件系能的大幅提高。石墨烯與半導(dǎo)體Si或Ge復(fù)合結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)較大的調(diào)制深度和調(diào)制帶寬(Sci.Rep.2014,4,7409；ACS Nano 2012,6,9118)，但是所需的泵浦光的能量較高，不利于節(jié)能和集成器件散熱。二維層狀過渡金屬硫化物(MoS₂，MoTe₂)是一類具有優(yōu)異物理化學(xué)性能的二維材料，是當(dāng)今材料學(xué)和光電子學(xué)研究的熱點(diǎn)。MoS₂與半導(dǎo)體Si復(fù)合結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)較高的調(diào)制深度和調(diào)制帶寬，但是其所需的泵浦光的能量同樣較高。(Nanoscale 2016,8,4713；Sci.Rep.2016,6,22899.)。

總之，現(xiàn)有的太赫茲調(diào)制器難以同時(shí)滿足調(diào)制深度、調(diào)制帶寬、靈敏度方面的優(yōu)異性能，有的器件制備工藝復(fù)雜、器件性能穩(wěn)定性不高，而且需要的高的泵浦能量激光調(diào)制，對實(shí)際應(yīng)用而言既增加能耗，又不利于器件散熱。

二碲化鉬(MoTe₂)作為一種過度金屬硫?qū)俣S層狀半導(dǎo)體材料具有以下優(yōu)點(diǎn)：其同質(zhì)結(jié)載流子注入效率極高，是Si的10～50倍，電子在其中遷移速率快；而且，MoTe₂具有與Si幾乎相同的能帶結(jié)構(gòu)和帶隙(1.0～1.1eV)，因此，MoTe₂與Si復(fù)合形成Ⅱ類范德華異質(zhì)結(jié)，界面勢壘較小，有利于載流子的傳輸，從而提高器件的靈敏度。

發(fā)明內(nèi)容