[發明專利]一種基于量子點的太赫茲調制器及制備方法

在審

• 申請號: 202011140474.8
• 申請日: 2020-10-22
• 公開（公告）號: CN112394545A
• 公開（公告）日: 2021-02-23
• 發明（設計）人: 劉競博;朱云龍;毛淇;呂賜興
• 申請（專利權）人: 季華實驗室
• 主分類號: G02F1/015
• 分類號: G02F1/015;G02F1/017
• 代理公司: 佛山市海融科創知識產權代理事務所(普通合伙) 44377
• 代理人: 陳志超;唐敏珊

本發明公開了一種基于量子點的太赫茲調制器及制備方法，太赫茲調制器包括由下至上依次設置的基底材料層、石墨烯薄膜層、量子點層；通過在石墨烯薄膜上設置量子點材料，利用量子點在泵浦光激勵下產生大量光生載流子，利用石墨烯薄膜的高遷移率特性，光生載流子快速向石墨烯薄膜擴散轉移，實現光生載流子電子?空穴對分離，使石墨烯薄膜的載流子濃度和電導率快速增加，進而獲得較高的太赫茲調制深度與調制速率，實現對太赫茲波的高效調控；此外，本基于量子點的太赫茲調制器結構簡單，制作方便，適于推廣應用。

技術領域

本發明涉及太赫茲波功能器件技術領域，尤其涉及的是一種基于量子點的太赫茲調制器及制備方法。

背景技術

太赫茲波頻率介于微波和可見光之間，太赫茲波由于具有高透性、安全性、無損性和物質指紋譜等特性，在公共安全檢查、危險品檢測、工業無損檢測、癌癥診斷、生物醫學成像、藥物檢測和雷達探測等領域展現了巨大的應用潛力。由于太赫茲波的高頻特性，自然材料對太赫茲波普遍缺乏調制響應，太赫茲波的功能器件研究難度較大，早期研究成果相對較少。

而太赫茲調制器作為太赫茲系統中的重要功能器件之一，其調制深度與調制速率對所應用系統的檢測精度與檢測時間具有重大影響。因此，這一技術面臨的主要難點是如何制備高性能的太赫茲調制器，使其在調制深度、調制速率、工藝兼容度以及制備成本等方面滿足太赫茲系統的需求。

如現有技術中（論文《Terahertz Modulation of Hexagonal-ShapedMetamaterials Employing ZnO Quantum Dots》Open Journal of Inorganic Non-metallic Materials,2019,9,1-13）就公開了一種以六邊形超材料結構為硬質襯底，以ZnO量子點為功能層的太赫茲調制器。所述太赫茲調制器包括：400 nm波長紫外泵浦光，用于激發量子點光致發光效應；六邊形超材料結構（如圖1所示）硬質襯底為器件提供結構支撐，六邊形超材料高度38.1μm，線寬2μm，諧振間距4μm，諧振線長14μm，超材料結構由在100晶向的硅襯底上熱蒸發沉積20 nm金屬鉻的緩沖層和200 nm金屬銀的導電層組成。ZnO量子點的半徑分別為3.00 nm（pH 10）和2.12 nm（pH 12）。ZnO量子點粉末與PDMS混合均勻后在90℃固化3小時均勻后置于六邊形超材料結構硬質襯底上，利用THz-TDS系統對該調制器器件的調制性能進行測試，當400 nm波長紫外泵浦光照射在該器件上時，通過利用ZnO量子點的光致發光效應，產生大量光生載流子改變超材料中諧振環間的電子濃度實現對太赫茲單一頻點的調控。在400 nm紫外激發的情況下，基于pH 10和pH 12的ZnO量子點調制器可以實現對0.96 THz單一頻點的太赫茲強度幅值9.21%和4.55%的調制，如圖2所示。

上述技術采用ZnO量子點粉末與PDMS混合的方式，利用ZnO量子點的光致發光效應，產生大量光生載流子改變超材料中諧振環間的電子濃度實現對太赫茲單一頻點的調控。但該太赫茲調制器存在以下缺陷：（1）調制深度低，調制性能差：采用ZnO量子點粉末與PDMS混合的方式，由于PDMS為凝膠體，導電性能較差，限制了ZnO量子點在紫外泵浦光照射下產生的大量光生載流子向超材料中的諧振環遷移，導致對太赫茲波的調制性能較弱，僅為9.21%。（2）僅為單頻點調控，適應性差：現有技術采用六邊形金屬超材料實現對太赫茲波的單頻點調控，但是其調制帶寬往往較窄；基底材料必須采用硬質材料，在柔性材料基底上，超材料結構將發生斷裂，直接影響調制性能。

因此，現有的技術還有待于改進和發展。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于量子點的太赫茲調制器及制備方法，可在較低的泵浦光功率下實現對太赫茲波的寬頻、快速、高深度調制。

本發明的技術方案如下：一種基于量子點的太赫茲調制器，其中，包括由下至上依次設置的基底材料層、石墨烯薄膜層、量子點層。