【摘要】：太赫茲技術(shù)在通信、雷達、成像、檢測、生物醫(yī)療等領(lǐng)域擁有廣泛的應(yīng)用前景。太赫茲波調(diào)制器是關(guān)鍵器件之一,太赫茲調(diào)制器性能的優(yōu)劣對太赫茲技術(shù)的發(fā)展有著極大的影響,調(diào)制深度是表征太赫茲調(diào)制器性能的重要指標(biāo)之一。本文從電調(diào)控單層石墨烯太赫茲調(diào)制器入手,在電調(diào)控單層石墨烯太赫茲調(diào)制器中加入亞波長金屬微納結(jié)構(gòu),對太赫茲調(diào)制器的調(diào)制能力進行了研究。利用電磁波透過金屬微納結(jié)構(gòu)時會產(chǎn)生異常透射現(xiàn)象,產(chǎn)生局域增強電場增強結(jié)構(gòu)附近的相互作用效果。在單層微納結(jié)構(gòu)石墨烯太赫茲調(diào)制器結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上優(yōu)化出一種雙層微納結(jié)構(gòu)層石墨烯太赫茲調(diào)制器模型。利用不同形狀尺寸的金屬微納結(jié)構(gòu)可分別提供一個共振頻帶的理論,建立了雙微納結(jié)構(gòu)層石墨烯太赫茲調(diào)制器模型。以半導(dǎo)體集成電路加工工藝為基礎(chǔ),實驗制作了雙微納結(jié)構(gòu)層石墨烯太赫茲調(diào)制器,經(jīng)太赫茲時域光譜系統(tǒng)測試,在0.54THz處獲得的調(diào)制深度為33.7%,在1.1THz處獲得的調(diào)制深度為37.4%。雙微納結(jié)構(gòu)層石墨烯太赫茲調(diào)制器與單層微納結(jié)構(gòu)增強型石墨烯太赫茲調(diào)制器相比增加了一個調(diào)制頻帶,調(diào)制深度提高了約10%。調(diào)制器的調(diào)制效果受襯底層厚度、石墨烯層質(zhì)量、兩層微納結(jié)構(gòu)間的對準(zhǔn)精度等因素影響。
【圖文】：

第一章 緒 論 太赫茲及應(yīng)用太赫茲波是指頻率在 0.1THz~10THz 范圍內(nèi)、波長大約在 30μm 到 3mm 之間。在電磁波譜中太赫茲波段處于微波波段與紅外波段之間的位置，此處是宏論向微觀量子理論過渡的區(qū)域，也是電子學(xué)向光子學(xué)過渡的區(qū)域。太赫茲波速率快、通信容量高、信噪比高、脈沖頻帶范圍寬、對不同的物質(zhì)有不同的透或反射規(guī)律、光子的能量低等性質(zhì)[1-4]。從 20 世紀(jì) 80 年代中后期開始，太赫及相匹配的探測器日趨成熟，太赫茲技術(shù)從此進入了迅速發(fā)展的階段[5-10]。

在過去的研究階段，太赫茲發(fā)生源及相匹配的探測器的研究日趨成熟，促進太赫茲技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵逐漸向?qū)ふ矣行У奶掌澱{(diào)制器件方向發(fā)展。調(diào)制是為了將要發(fā)送的信息，如無線電報、音頻信號、視頻信號、無線電廣播信號等附加在載波或信號的某種特征上[24]。載波或信號普遍具有周期性的變化規(guī)律，特征包括相位、頻率或振幅等。調(diào)制方式根據(jù)器件結(jié)構(gòu)有所不同，以電控調(diào)制和光控調(diào)制為主[25]。最初的太赫茲調(diào)制器主要采用傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料，利用半導(dǎo)體電導(dǎo)率的變化來實現(xiàn)對太赫茲波的調(diào)控。Kleine-Ostmann 等人采用 AlGaAs/GaAs 材料對太赫茲進行調(diào)制得到了 3%~6%的調(diào)制深度[26,27]。石墨烯是近年來研究較多的一種新型太赫茲調(diào)制器材料。2012年Sensale-Rodriguez等人第一次研究出透射式電控石墨烯太赫茲調(diào)制器[28]。器件采用透射式結(jié)構(gòu)，太赫茲波依次穿過石墨烯層、介質(zhì)層及襯底層，如圖 1.2（a）所示�；诖竺娣e類場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)，通過在石墨烯層與硅基底層間施加電壓的方式，使石墨烯內(nèi)的載流子產(chǎn)生定向移動，，此時石墨烯的費米能級發(fā)生偏移，遠離狄拉克點，吸收光子產(chǎn)生帶內(nèi)躍遷，改變石墨烯的電導(dǎo)率，實現(xiàn)對太赫茲波的調(diào)制。電控石墨烯太赫茲調(diào)制器的調(diào)制深度在0.57THz 處達到了 15%，調(diào)制速率可達 20kHz。
【學(xué)位授予單位】：長春理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O441

【參考文獻】

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本文編號：2590962