[發(fā)明專利]基于近零介電常數(shù)氧化銦錫的可調(diào)雙控光開關(guān)及使用方法

有效

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• 申請日: 2020-03-11
• 公開（公告）號: CN111290192B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李倩;謝澤韜;吳嘉野
• 申請（專利權(quán)）人: 北京大學深圳研究生院
• 主分類號: G02F1/35
• 分類號: G02F1/35;G02F1/355
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 李微微

本發(fā)明公開了一種基于近零介電常數(shù)氧化銦錫的可調(diào)雙控光開關(guān)及使用方法，可以通過外加電壓或泵浦光光照射的方式調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的透射光譜，從而調(diào)節(jié)不同波長的開/關(guān)比，因此可以根據(jù)實際情況進行相應的調(diào)節(jié)；該光開關(guān)制作工藝簡單，且與現(xiàn)有CMOS工藝兼容，能夠利用集成工藝規(guī)模化生產(chǎn)，降低了生產(chǎn)成本；該光開關(guān)具有納米級的集成尺寸，方便技術(shù)人員進行集成化的應用；具有超快的響應時間的特點，工作在通信波長，具有廣闊的應用前景；性能優(yōu)越，具有大的開光深度和調(diào)制范圍。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于近零介電常數(shù)氧化銦錫的可調(diào)雙控光開關(guān)及使用方法。

背景技術(shù)

作為高速光網(wǎng)絡(luò)以及集成光學器件必不可少的組成部分，光開關(guān)在光通信領(lǐng)域具有廣泛的應用。光開關(guān)具有低功耗、高效率、超快的響應速度以及集成尺寸等出色性能，傳統(tǒng)電子開關(guān)無法比擬。當前，光開光的設(shè)計方案包括光子晶體納米腔、表面等離子激元、超材料以及微環(huán)諧振器等。然而，光開關(guān)在應用上受到的挑戰(zhàn)主要來自組成自身的材料，包括材料的不可調(diào)諧，較窄的光譜應用范圍，較低的響應速度，高傳播損耗，無法與當前的CMOS工藝兼容等，限制了光開關(guān)的進一步發(fā)展。

近年來，介電常數(shù)近零材料獨特的光學性能給新技術(shù)的發(fā)展帶來新的機遇。在眾多人造與天然的介電常數(shù)近零材料中，透明導電氧化物氧化銦錫脫穎而出。在外加電壓的調(diào)制下，氧化銦錫的載流子濃度支持10¹⁹至10²¹cm^-3的調(diào)制范圍，提供了紫外到近紅外范圍的可調(diào)制光學效應。另外，具有近零介電常數(shù)的氧化銦錫還表現(xiàn)了巨大的非線性光學響應，其可在泵浦光的作用下實現(xiàn)飛秒量級的光學響應速度。此外，氧化銦錫還具有低成本、制作工藝簡單、具有CMOS工藝兼容性等特點。

基于以上基礎(chǔ)，在集成光學中引入具有近零介電常數(shù)的氧化銦錫成為近年來的研究熱點。而目前對具有近零介電常數(shù)的氧化銦錫的研究主要集中在其電性能方面，基于非線性光學響應的全光響應器件較少涉及。在光開關(guān)方面也僅僅是集中單獨對電調(diào)制或光調(diào)制的研究，限制了其實際的工作條件。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種基于近零介電常數(shù)氧化銦錫的可調(diào)雙控光開關(guān)及使用方法，可在外加電壓和泵浦光照射兩種條件下工作，具有制作工藝簡單、低成本、可調(diào)諧、CMOS工藝兼容等特點。

一種光開關(guān)，包括多個十字形結(jié)構(gòu)(1)、氧化銦錫納米薄層(4)、二氧化鉿層(5)和金屬電極(6)；氧化銦錫納米薄層(4)鋪設(shè)在二氧化鉿層(5)之上；多個十字形結(jié)構(gòu)(1)以陣列排布在氧化銦錫納米薄層(4)上；且任意相鄰的十字形結(jié)構(gòu)(1)之間距離相等；十字形結(jié)構(gòu)(1)包括金層(2)和氧化銦錫層(3)；氧化銦錫層(3)緊貼氧化銦錫納米薄層(4)，金層(2)緊貼在氧化銦錫層(3)之上。金屬電極(6)設(shè)置在二氧化鉿層(5)之下，金屬電極(6)與氧化銦錫納米薄層(4)之間加載柵極電壓(7)。

較佳的，所述金層(2)的長度為450nm，寬度為50nm，厚度為100nm。

較佳的，所述氧化銦錫層(3)的長度為450nm，寬度為50nm，厚度為23nm。

較佳的，所述氧化銦錫納米薄層(4)的厚度為4nm。

較佳的，所述二氧化鉿層(5)的厚度為50nm。

較佳的，所述金屬電極(6)的形狀為方形框。

較佳的，所述金屬電極(6)的材質(zhì)為金。

一種光開關(guān)的使用方法，通過調(diào)節(jié)柵極電壓(7)來調(diào)節(jié)透射光譜。

一種光開關(guān)的使用方法，采用泵浦光照射光開關(guān)，通過調(diào)節(jié)泵浦光的入射角度或能量強度來調(diào)節(jié)透射光譜。

一種光開關(guān)的使用方法，采用泵浦光照射光開關(guān)，并通過調(diào)節(jié)柵極電壓(7)和泵浦光來調(diào)節(jié)透射光譜；其中，泵浦光調(diào)節(jié)包括入射角度或能量強度。