[發明專利]一種透射型硅基電可調太赫茲動態器件及其制備方法

在審

• 申請號: 202011498907.7
• 申請日: 2020-12-17
• 公開（公告）號: CN112787203A
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 婁菁;蔡通;梁建剛
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍空軍工程大學
• 主分類號: H01S1/00
• 分類號: H01S1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種透射型硅基電可調太赫茲動態器件，由下向上依次為硅襯底(1)，金屬粘附層(2)、金屬層(3)，金屬層(3)包括正電極(4)和負電極(5)形成插指電極。硅襯底選用N型高阻硅，金屬層包括插指電極(及超構材料結構)，選用鋁、金或鉑金等高電導率材料。還提供一種透射型硅基電可調太赫茲動態器件的制備工藝，具體步驟如下：在硅襯底上沉積金屬粘附層及金屬層薄膜；利用光刻、刻蝕工藝將金屬薄膜形成插指電極及超構材料結構。本發明提供的透射型硅基電可調太赫茲動態器件及其制備方法，通過金屬插指電極在N型高阻硅表面施加不同大小的偏置電流，實現非平衡載流子層厚度與電導率的雙重調控，進而實現超構材料諧振開關的完全切換以及太赫茲透射幅值的深度調制。

技術領域

本發明涉及太赫茲動態器件領域，具體涉及一種透射型硅基電可調太赫茲動態器件及其制備方法。

背景技術

太赫茲(Terahertz，簡稱THz)波在電磁波譜中位于微波與紅外之間，頻率范圍為0.1-10THz。THz波段是電子學到光子學過渡的一個重要區域，不能簡單地依靠微波或光子理論進行解釋，需要將二者結合進行研究。近年來，隨著THz波產生與探測技術的不斷發展，使得THz寬帶且穩定的輸出得以實現，越來越多的科研工作者投身到THz領域，使得THz波的相關研究逐漸成為電磁波領域的研究熱點。

為了實現對THz波的有效調控，人們將新型材料和人工超材料相結合，設計出一系列的THz功能器件。目前已有大量專利以及文獻報道石墨烯、過硫化物、黑磷、碘化銀等材料可通過電壓或激光控制改變材料自身電導率，進而實現對太赫茲透射波的有效調控。

然而，現有技術中的太赫茲動態器件的設計多基于新型二維或薄膜材料，制備工藝較為復雜且器件的穩定性較差，成本相對較高。并且，由于在硅基半導體工藝的基礎上引入新型材料，不利于未來太赫茲動態器件的CMOS硅基集成化設計與制造。

發明內容

為克服現有技術的不足和缺陷，本發明提供一種透射型硅基電可調太赫茲動態器件，其特征在于，其由下向上依次為硅襯底1，金屬粘附層2、金屬層3，其中金屬層3包括正電極4和負電極5形成插指電極；電源6的位置根據需要確定；其中

硅襯底1為N型高阻硅片；

金屬層3所包含的正電極4、負電極5均為處于相同金屬層的插指電極；正電極4包含一根橫向主電極和與主電極相垂直布置的多根插指電極，多根插指電極通常橫向間隔相同，其一端與主電極相連，另一端齊平；負電極5包含一根橫向主電極和與主電極相垂直布置的多根插指電極，多根插指電極通常橫向間隔相同，其一端與主電極相連，另一端齊平；正電極4的主電極和負電極5的主電極彼此相對且相互平行，正電極4的多根插指電極和負電極5的多根插指電極相互插入且全部相互平行，最終形成從左至右依次為：正電極4的第一根插指電極、負電極5的第一根插指電極、正電極4的第二根插指電極、負電極5的第二根插指電極...交錯布置的順序，最后一根插指電極為正電極4的第N根插指電極或負電極5的第N根插指電極；

金屬粘附層2的形狀和金屬層3在水平面上投影的形狀完全相同，金屬粘附層2和金屬層3在水平面上的投影完全重疊；金屬粘附層2用于粘合硅襯底1和金屬層3；

電源6的正、負輸出端分別連接正電極4、負電極5。

在本發明的一個實施例中，硅襯底1厚度為1-2mm，阻值大于1000Ω/cm。

在本發明的另一個實施例中，金屬粘附層2厚度為5-20nm。

在本發明的一個具體實施例中，金屬粘附層2厚度為10nm，材料為金屬鈦或鉻。

在本發明的又一個實施例中，金屬層3厚度為150-300nm；金屬層3線寬a為5-20μm，線間距b為30-100μm。

在本發明的又一個具體實施例中，金屬層3的材料為高電導率材料，厚度為200nm；金屬層3線寬a為15μm，線間距b為50μm。