本文提出了一種基于石墨烯-硅波導(dǎo)的微環(huán)光電探測器。該器件采用全通型微環(huán)諧振器作為基本單元,通過優(yōu)化基于石墨烯-硅波導(dǎo)微環(huán)諧振器的結(jié)構(gòu)參數(shù),以滿足臨界耦合狀態(tài)需求,用于增強石墨烯與光的相互作用,并利用電子束光刻、等離子體刻蝕、石墨烯轉(zhuǎn)移以及電子束蒸發(fā)等工藝制備基于石墨烯-硅波導(dǎo)的微環(huán)光電探測器。實驗結(jié)果表明,當(dāng)在偏置電壓為-0.1 V時,探測器的最佳響應(yīng)度R_p=12.5μA/W。 

【文章來源】：光電子·激光. 2020,31(03)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

(a) 基于石墨烯-硅波導(dǎo)微環(huán)光電探測器的結(jié)構(gòu)示意圖(b)光電探測器沿A-A′處的截面示意圖

由公式(1)可知,當(dāng)波導(dǎo)的高度、寬度以及環(huán)形波導(dǎo)的半徑給定時,環(huán)形波導(dǎo)與直波導(dǎo)之間的間距Wgap直接影響著基于石墨烯-硅波導(dǎo)的微環(huán)諧振器是否處于臨界耦合狀態(tài)。由此,本文將利用時域有限差分法對其進(jìn)行仿真分析。在仿真過程中,硅的折射率設(shè)置為3.470,二氧化硅的折射率設(shè)置為1.447,硅波導(dǎo)的寬度為450 nm,高度為220 nm,環(huán)形波導(dǎo)的半徑為50 μm,單層石墨烯的厚度為0.34 nm,溫度T為300 K,費米速度VF選取為9.5×105 m/s。石墨烯在平面方向上介電常數(shù)εg可由εg=1+iσg/(ωε0dg)計算獲得[18]。其中,σg是石墨烯電導(dǎo)率,可通過利用kubo公式計算獲得[19],ω是光的角頻率,ε0為真空中的介電常數(shù),以及dg為石墨烯的厚度。利用FDTD仿真獲取TE模式下硅波導(dǎo)的線性傳輸損耗αSi=0.000 440 5/μm (0.001 913 07 dB/μm),并根據(jù)公式(1)算出環(huán)形波導(dǎo)內(nèi)衰減因子a=0.933。所以,k2=1-a2=0.129,即k≈0.36。圖2所示的是仿真所得基于石墨烯-硅波導(dǎo)微環(huán)諧振器的輸出譜線與k2關(guān)系。從圖中不難看出,k2=0.129時最接近臨界耦合,與上面計算得到的k值較為吻合。由此確定耦合系數(shù)k取值為k=0.36。環(huán)形波導(dǎo)與直波導(dǎo)之間的間距Wgap與耦合系數(shù)k值的對應(yīng)關(guān)系如圖3所示。由圖3可知,當(dāng)Wgap取值為140 nm時,對應(yīng)的耦合系數(shù)k值可達(dá)0.364 6,由此確定環(huán)形波導(dǎo)與直波導(dǎo)之間的間距Wgap為140 nm。圖3 環(huán)形波導(dǎo)與直波導(dǎo)之間的間距Wgap與

環(huán)形波導(dǎo)與直波導(dǎo)之間的間距Wgap與


本文編號：3485893