[發(fā)明專利]一種基于MoS2

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110235697.0
• 申請日: 2021-03-03
• 公開（公告）號: CN113050305B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳曉君;郝思博;程伊城;周江平
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G02F1/015
• 分類號: G02F1/015
• 代理公司: 北京航智知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11668
• 代理人: 黃川;史繼穎

本發(fā)明公開了一種基于MoS₂和Si復(fù)合結(jié)構(gòu)的太赫茲調(diào)制器及其調(diào)控方法，包括半導(dǎo)體Si襯底和Si襯底表面生長的MoS₂層，Si襯底的材料為單面拋光p型摻雜硅，MoS₂層采用磁控濺射法在Si襯底的拋光面生長，形狀為垂直形態(tài)。通過本發(fā)明的技術(shù)方案，能夠解決現(xiàn)有太赫茲調(diào)制器缺乏有效動態(tài)調(diào)控太赫茲波的材料、器件制備加工工藝復(fù)雜和常用調(diào)制方法難以實現(xiàn)調(diào)制增強(qiáng)太赫茲波透射幅度等問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于太赫茲應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于MoS₂和Si復(fù)合結(jié)構(gòu)的太赫茲調(diào)制器及其調(diào)控方法。

背景技術(shù)

太赫茲波是指頻率范圍為O.1-10THz的電磁波，相比于微波和光波，太赫茲波對某些危險品物質(zhì)具有指紋譜特性、對某些非極性物質(zhì)具有良好的穿透性以及太赫茲光子能量低、電離輻射弱等特性，因而其應(yīng)用前景十分廣闊，比如可用于材料的光譜表征、安檢成像等領(lǐng)域。此外，伴隨著5G商業(yè)化應(yīng)用的啟動，無線移動通信已經(jīng)呈現(xiàn)高速寬帶化的發(fā)展趨勢。由毫米波通信向更高的頻段開發(fā)太赫茲通信已經(jīng)成為國內(nèi)外通信研究和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的熱點。太赫茲無線通信擁有傳輸速率高、方向性好、抗干擾能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點，但是當(dāng)下限制太赫茲通信普及應(yīng)用的最關(guān)鍵因素仍是相關(guān)器件的不夠成熟。近年來，隨著太赫茲科學(xué)理論和相應(yīng)技術(shù)水平的飛速提升，人們對太赫茲器件的研究也更加深入，太赫茲的應(yīng)用也日漸增多。在這些器件當(dāng)中，太赫茲調(diào)制器是整套太赫茲通信系統(tǒng)的核心器件之一，合理地開發(fā)使用太赫茲調(diào)制器將會有效降低太赫茲通信系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本，因此需要研究太赫茲調(diào)制器及相關(guān)調(diào)制方法來對太赫茲波進(jìn)行有效的調(diào)控

目前常用來調(diào)控太赫茲波的方法是使用半導(dǎo)體材料和超材料。半導(dǎo)體材料可以通過改變材料種類，超材料可以人為設(shè)計其周期性結(jié)構(gòu)單元的形狀、大小從而實現(xiàn)對太赫茲波的功能性調(diào)控，包括其振幅，相位和偏振態(tài)的調(diào)控，例如太赫茲全光調(diào)制器，太赫茲開口環(huán)諧振器(SRR)等?；诔牧系奶掌澱{(diào)控器件一般由金屬材料或者金屬與介質(zhì)層構(gòu)成，其功能的實現(xiàn)取決于預(yù)先設(shè)計的結(jié)構(gòu)參數(shù)，在實際應(yīng)用中無法對太赫茲波實現(xiàn)動態(tài)調(diào)控。同時超材料的圖形結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計方法較為復(fù)雜，在實際制備中對工藝條件有一定要求。除超材料之外，基于半導(dǎo)體材料的太赫茲調(diào)控器件一般采用例如Si、Ge、ZnTe和GaP等大塊體材料，像Si這樣的傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料較低的遷移率及較慢的自由載流子的復(fù)合速度限制了器件的調(diào)制深度和調(diào)制速率。而且我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)起步較晚，產(chǎn)業(yè)化程度較低，缺乏先進(jìn)成熟的半導(dǎo)體工藝制造良好的塊體材料。

近年來二維材料由于其具有的獨特光電性質(zhì)而受到器件研究領(lǐng)域的廣泛關(guān)注，常見的二維層狀材料有石墨烯、六方氮化硼、磷烯、三鹵化鉻、過渡金屬碳氮化合物 (MXenes)以及過渡金屬硫族化合物(TMDCs)等。其中二硫化鉬(MoS₂)就是一種典型的過渡金屬硫族化合物，其具有的顯著特點為塊體材料是間接帶隙，能帶寬度為1.3eV，單層材料為直接帶隙，能帶寬度為1.8eV。隨著材料層數(shù)的減少，其能帶寬度逐漸增加，最終由間接帶隙變?yōu)橹苯訋?。MoS₂的這種帶隙可調(diào)的特性使得其在可見光以及紅外波波段都具有與半導(dǎo)體可比擬的良好的光吸收特性。MoS₂還具有良好的熱穩(wěn)定性，可在有氧氣存在350℃和無氧氣存在1100℃的條件下使用。此外，MoS₂所具有的二維材料的良好延展性，高載流子遷移率等特點都為實現(xiàn)其在外加場作用下的太赫茲波動態(tài)調(diào)控提供了一種新方向，即可通過與傳統(tǒng)半導(dǎo)體結(jié)合形成復(fù)合結(jié)構(gòu)對太赫茲波進(jìn)行調(diào)控。

現(xiàn)有的利用MoS₂和傳統(tǒng)半導(dǎo)體例如Si、Ge的復(fù)合結(jié)構(gòu)已經(jīng)可實現(xiàn)較高的調(diào)制深度和調(diào)制帶寬。調(diào)制結(jié)果和使用單一的傳統(tǒng)半導(dǎo)體相比，都是太赫茲波的透射幅度隨外加泵浦激光功率的增加而減少，這是由于外加泵浦激光直接照射器件表面產(chǎn)生光生載流子，通過改變泵浦激光功率強(qiáng)度可實現(xiàn)對太赫茲波透射振幅大小的動態(tài)調(diào)控。

發(fā)明內(nèi)容