[發(fā)明專利]基于二維碲薄膜的光控太赫茲波調(diào)制芯片及其制備方法

在審

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• 申請日: 2023-01-13
• 公開（公告）號: CN116203739A
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周慶莉;張樸婧;陳金禹;施惠文;張存林
• 申請（專利權(quán)）人: 首都師范大學(xué)
• 主分類號: G02F1/00
• 分類號: G02F1/00;G02F1/01;C23C14/06;C23C14/14;C23C16/28;C23C16/06;C23C16/30;C23C14/30;C23C14/35;C23C14/28
• 代理公司: 北京清誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11691
• 代理人: 李博

本發(fā)明提供了一種基于二維碲薄膜的光控太赫茲波調(diào)制芯片及其制備方法。該光控太赫茲波調(diào)制芯片包括：絕緣襯底，其在光激發(fā)后不產(chǎn)生載流子且太赫茲波可透過；碲薄膜，形成于絕緣襯底上，其厚度介于1nm～1000nm之間。本發(fā)明所提供的光控太赫茲波調(diào)制芯片，其在0.2?2.0THz的寬帶太赫茲波段實(shí)現(xiàn)小功率的可激發(fā)閾值和在高功率下得到高調(diào)制的同時仍然保持超快特性。進(jìn)一步地，本發(fā)明還提供了一種基于碲/鍺二維范氏異質(zhì)結(jié)的光控太赫茲波調(diào)制芯片，其可同時實(shí)現(xiàn)超快調(diào)制速度和高的調(diào)制深度，同時還打破了二維材料的在低功耗下超靈敏響應(yīng)的限制，相比于現(xiàn)有技術(shù)的光控太赫茲芯片具有極大的優(yōu)勢。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及太赫茲器件領(lǐng)域，尤其涉及一種基于二維碲薄膜的光控太赫茲波調(diào)制芯片及其制備方法。

背景技術(shù)

太赫茲(THz)波具有寬帶、低光子能量和指紋特征，在無線通信、成像、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。然而，缺乏優(yōu)秀的光電器件在一定程度上限制了太赫茲波技術(shù)的發(fā)展。二維(2-Dimension，簡稱2D)材料具有獨(dú)特的物理特性，如可調(diào)諧的能帶結(jié)構(gòu)、原子薄膜的厚度、強(qiáng)光與物質(zhì)的相互作用、快速的載流子復(fù)合等，為研究基礎(chǔ)物理和重要器件概念中的光與物質(zhì)相互作用提供了一個有趣的平臺。

在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，申請人發(fā)現(xiàn)：現(xiàn)有技術(shù)的光控太赫茲波調(diào)制芯片有較高的調(diào)制深度但調(diào)制速率較為緩慢，從而影響其在光電器件中的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

有鑒于此，本發(fā)明期望至少部分解決上述技術(shù)問題中的其中之一，特提供了一種基于二維碲薄膜的光控太赫茲波調(diào)制芯片及其制備方法。

(二)技術(shù)方案

本發(fā)明第一個方面中，基于二維碲薄膜的光控太赫茲波調(diào)制芯片包括：絕緣襯底，其在光激發(fā)后不產(chǎn)生載流子且太赫茲波可透過；碲薄膜，形成于絕緣襯底上，其厚度介于1nm～1000nm之間。

在某些實(shí)施例中，還包括：第二薄膜，形成于碲薄膜之上或絕緣襯底和碲薄膜之間；其中，碲薄膜和第二薄膜的界面形成二維范氏異質(zhì)結(jié)。

在某些實(shí)施例中，第二薄膜為以下薄膜中的一種：鍺薄膜、砷薄膜、過渡金屬硫族化合物薄膜。

在某些實(shí)施例中，過渡金屬硫族化合物薄膜為二硫化鉬薄膜。

在某些實(shí)施例中，第二薄膜為鍺薄膜，碲薄膜和鍺薄膜形成二維范氏異質(zhì)結(jié)。

在某些實(shí)施例中，第二薄膜的厚度介于1nm～200nm之間。

在某些實(shí)施例中，碲薄膜的厚度介于1nm～200nm之間。

在某些實(shí)施例中，絕緣襯底為：雙拋石英襯底或藍(lán)寶石襯底。

本發(fā)明第二個方面中，用于上述光控太赫茲波調(diào)制芯片的制備方法包括：步驟A，利用薄膜沉積方法在絕緣襯底上沉積碲薄膜，薄膜沉積方法為以下一種：電子束蒸鍍、磁控濺射、化學(xué)氣相沉積、脈沖激光沉積。

在某些實(shí)施例中，光控太赫茲波調(diào)制芯片還包括：第二薄膜，形成于碲薄膜之上或絕緣襯底和碲薄膜之間；步驟A之后還包括：步驟B，利用薄膜沉積方法在碲薄膜上沉積第二薄膜，從而在碲薄膜和第二薄膜的界面形成二維范氏異質(zhì)結(jié)；其中，第二單質(zhì)為以下薄膜中的一種：鍺薄膜、砷薄膜、過渡金屬硫族化合物薄膜。

在某些實(shí)施例中，步驟A中，薄膜沉積方法為電子束蒸鍍，在電子束蒸鍍過程中，蒸鍍腔真空抽到高于10^-4Pa后進(jìn)行電子束蒸鍍，蒸鍍沉積速度不高于0.1nm/s，碲薄膜完成沉積后，維持蒸鍍腔真空，原位進(jìn)行100℃退火半小時。

在某些實(shí)施例中，步驟A中，薄膜沉積方法為磁控濺射，在磁控濺射過程中，濺射腔真空高于10^-4Pa后，通入99.999％純度的氬氣進(jìn)行磁控濺射，濺射速度不高于0.1nm/s。