[發(fā)明專利]一種基于二氧化釩的可編程太赫茲記憶調制器件及系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2020-09-17
• 公開（公告）號: CN112285952A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發(fā)明（設計）人: 周慶莉;李格;梁菀琳;鄧雨旺;張存林
• 申請（專利權）人: 首都師范大學
• 主分類號: G02F1/00
• 分類號: G02F1/00;G02B1/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 劉西云;李微微

本發(fā)明提供一種基于二氧化釩的可編程太赫茲記憶調制器件及系統(tǒng)，將金屬微結構形成的金屬陣列與二氧化釩薄膜進行耦合，通過設計不同的超材料結構單元可獲得不同頻率記憶效應的THz調制器件；本發(fā)明在室溫下將離子凝膠中氫離子注入二氧化釩薄膜，同時通過柵極直流電壓源施加調控電壓控制二氧化釩薄膜中氫離子的摻雜程度，明顯降低調控所需的功耗，實現(xiàn)了對二氧化釩薄膜電導態(tài)的實時調控，能夠建立起調控電壓正負、大小、時間和二氧化釩薄膜電導以及THz透過率之間的數值對應關系，進而實現(xiàn)對記憶型THz調制器件性能的實時數字化可控；本發(fā)明還能在室溫下即可實現(xiàn)對THz波調制的精確控制，完成基于二氧化釩的可編程太赫茲記憶調制系統(tǒng)的寫入、讀取以及擦除。

技術領域

本發(fā)明屬于太赫茲光譜、通信及成像技術領域，尤其涉及一種基于二氧化釩的可編程太赫茲記憶調制器件及系統(tǒng)。

背景技術

太赫茲(Terahertz,THz)輻射是對介于微波段和紅外波段之間的特定波段電磁輻射的統(tǒng)稱。近二十年來，超快光電子技術和低尺度半導體技術的發(fā)展，電子學以及微加工等技術的不斷成熟，為THz波提供了穩(wěn)定的光源和合適的探測手段，THz科學與技術得以飛速的發(fā)展。太赫茲技術具有瞬態(tài)性、低能性和相干性等獨特性質，使其在物質光譜分析、THz成像、短距高速寬帶通信等眾多領域具有重大的科學價值和廣闊的應用前景。作為THz應用系統(tǒng)中必不可少的組成部分，THz功能調制器件是繼THz源和探測技術之后的研究熱點之一。基于傳統(tǒng)金屬的等離子體器件一般不具備可控性，而用傳統(tǒng)半導體制備的THz調制器也很難在獲得較高開關速度的同時獲得較高的調制深度。隨著超材料概念的提出，利用這種人工材料特異的電磁特性和光學特性，進行THz光開關、調制器、濾波器、衰減器和偏振器方面的研究也隨之蓬勃開展起來。近年來，研究人員在光、電、熱等調控方面做了大量的工作，系統(tǒng)地研究了對THz波振幅、相位、偏振等調制情況，但由于受到材料特性的影響，現(xiàn)有THz調制器件的調控技術手段等諸多方面尚不能完全滿足太赫茲實際應用的要求。

二氧化釩是一種具有近室溫絕緣-金屬相變的氧化物材料，臨界溫度T_C≈340K。在其相變過程中，將發(fā)生從低溫單斜相到高溫金紅石相的晶格結構改變，且這兩相之間的轉變具有晶體學可逆性，當溫度再次低于相變溫度后，金紅石相又會發(fā)生輕微的扭曲恢復為單斜相。然而，在已報道的基于VO₂材料的THz調制器件中，具有如下缺陷：

1)工作溫度：大部的調控手段需要先把VO₂升溫至相變溫度附近，再加外場進行調控，由于工作溫度高于室溫，不便于器件的實際應用；

2)電控方式和激勵能量：室溫調控電壓較大，且通常需要將VO₂薄膜和/或超材料結構刻蝕或加工成可便于施加直流電壓的單元結構相連的特殊結構，破壞和犧牲了超材料電磁響應本身對THz波的調制特性；

3)不可編程的記憶存儲：只是進行了在滿足一定條件的情況下(如較高工作溫度、特殊加電結構和較大激勵能量下)，對THz波有無調控特性的研究，無法根據期望靈活方便地對THz波的透過率以及記憶效應進行室溫下數字化可編程調控。

發(fā)明內容

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種基于二氧化釩的可編程太赫茲記憶調制器件及系統(tǒng)，能夠在室溫下實現(xiàn)對二氧化釩薄膜電導態(tài)的實時調控，可應用于可編程THz記憶存儲器件的制作。

一種基于二氧化釩的可編程太赫茲記憶調制器件，包括基底、二氧化釩薄膜、金屬陣列、離子凝膠層、柵極、源極以及漏極，其中，所述金屬陣列中包含多個金屬體，所述離子凝膠層含有氫離子；

所述二氧化釩薄膜生長在基底上；所述源極和漏極分別沉積在二氧化釩薄膜的兩側；所述金屬陣列分布在源極與漏極之間的二氧化釩薄膜上；所述離子凝膠層涂覆于布置有源極、漏極以及金屬陣列的二氧化釩薄膜上；所述柵極沉積在離子凝膠層上；所述柵極與源極分別連接到外部柵源直流電壓源的兩端；所述源極與漏極分別連接到外部源漏直流電壓源的兩端。