石墨烯晶體管太赫茲調(diào)制器的建模與研制

發(fā)布時(shí)間：2020-08-12 10:33

【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,太赫茲波在材料科學(xué)、安全檢查、醫(yī)學(xué)檢測(cè)、無(wú)線通訊等領(lǐng)域經(jīng)歷了快速的發(fā)展,并且已經(jīng)顯示出越來(lái)越廣闊的應(yīng)用前景。但是作為新興的電磁研究波段,太赫茲相關(guān)的功能器件依然還不成熟,這就嚴(yán)重影響著太赫茲技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,因此,設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)太赫茲功能器件就顯得尤為重要。當(dāng)下的石墨烯材料具有優(yōu)異的機(jī)械和電學(xué)性能,對(duì)太赫茲波具有顯著響應(yīng);人工電磁超材料有著獨(dú)特且可控結(jié)構(gòu),也越來(lái)越多地被使用,同時(shí)石墨烯材料和人造電磁超材料的結(jié)合則會(huì)實(shí)現(xiàn)對(duì)太赫茲波更好的調(diào)制表現(xiàn)。首先,根據(jù)石墨烯材料的結(jié)構(gòu)與性質(zhì),介紹了石墨烯的一般轉(zhuǎn)移過(guò)程,分析了轉(zhuǎn)移過(guò)程中遇到的問(wèn)題,針對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題提出兩種有利于轉(zhuǎn)移更優(yōu)異的大面積石墨烯薄膜的優(yōu)化方法。然后,詳細(xì)地介紹了以石墨烯為溝道的埋柵結(jié)構(gòu)石墨烯晶體管,并對(duì)該晶體管的結(jié)構(gòu)、原理和其制備過(guò)程做了解釋說(shuō)明。本文在傳統(tǒng)的半導(dǎo)體制造工藝基礎(chǔ)上,通過(guò)不斷優(yōu)化和調(diào)整工藝流程和參數(shù),最終成功制備出以石墨烯為溝道的埋柵結(jié)構(gòu)石墨烯晶體管,并對(duì)該晶體管相關(guān)的電學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試和分析。接下來(lái),利用CST電磁仿真軟件設(shè)計(jì)了一種基于石墨烯晶體管的太赫茲調(diào)制器,通過(guò)多次仿真優(yōu)化超材料結(jié)構(gòu)尺寸后獲得最優(yōu)設(shè)計(jì)尺寸,在石墨烯晶體管的制備工藝基礎(chǔ)上,成功制備出所設(shè)計(jì)的石墨烯晶體管太赫茲波調(diào)制器件,通過(guò)太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)測(cè)試和太赫茲空間傳輸系統(tǒng)動(dòng)態(tài)測(cè)試得到太赫茲調(diào)制器的調(diào)制特性,發(fā)現(xiàn)該器件在0.35 THz的頻點(diǎn)附近實(shí)現(xiàn)了12.5%的最大調(diào)制深度,以及60.1 kHz的3dB工作帶寬。最后,針對(duì)傳統(tǒng)的太赫茲吸收器的局限性,由二維石墨烯整合組裝而成的三維石墨烯表現(xiàn)出對(duì)太赫茲波有著非常高的吸收性,我們利用三維石墨烯的高吸收性,結(jié)合PDMS設(shè)計(jì)并制備了一種基于三維石墨烯的“三明治”結(jié)構(gòu)的可拉伸太赫茲吸波材料。測(cè)量發(fā)現(xiàn)三維石墨烯在0.2 THz-1.1 THz頻段內(nèi)實(shí)現(xiàn)了最高達(dá)到90%的太赫茲波吸收率,同時(shí)由于PDMS的保護(hù),“三明治”結(jié)構(gòu)材料在20%的一維拉伸量下可以維持85-90%的高吸收率。此外,在拉伸前后該材料的結(jié)構(gòu)和吸收性能是可恢復(fù)的,而且對(duì)太赫茲波表現(xiàn)出一定的極化敏感性。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TQ127.11;TB34;TN761
【圖文】：