發(fā)布時間：2020-10-12 05:10

　　 表面等離子激元(Surface plasmon polariton,SPP)作為一種沿著正/負介電常數(shù)材料界面?zhèn)鬏數(shù)奶厥怆姶拍Ｊ?往往被用于實現(xiàn)亞波長量級的電磁場限制和操控。然而傳統(tǒng)金屬SPP面臨著兩個問題:SPP波動態(tài)調(diào)控的不易實現(xiàn),傳輸損耗與光場局域之間的矛盾。這兩者仍然制約著SPP器件的實際應(yīng)用,在中紅外和太赫茲波段,由于金屬有著很大的介電常數(shù)虛部,傳統(tǒng)金屬SPP器件無法在相對合理的傳輸損耗下實現(xiàn)亞波長量級的模場限制。基于金屬-氧化物-半導(dǎo)體(Metal-Oxide-Semiconductor,MOS)在半導(dǎo)體中通過形成載流子積累層,可以實現(xiàn)半導(dǎo)體內(nèi)介電常數(shù)從負到正梯度分布,并產(chǎn)生一個介電常數(shù)為零的界面。這一結(jié)構(gòu)在約2-20微米的中紅外波段不僅可以實現(xiàn)亞波長量級的模場限制,而且可以利用MOS結(jié)構(gòu)對載流子的控制實現(xiàn)對光場的控制。本文分別從電子學(xué)和電磁場分析的角度對Ag/HfO_2/N-GaAs結(jié)構(gòu)進行了理論研究,其主要研究工作包括:(1)基于泊松方程對Ag/HfO_2/N-GaAs結(jié)構(gòu)的一維MOS平板進行了數(shù)值仿真,計算了積累工作模式下的電子濃度的分布,并根據(jù)Drude-Lorentz模型得到了復(fù)介電常數(shù)的分布,分析了外加電壓、氧化物厚度、摻雜濃度對載流子分布和介電常數(shù)分布的影響。(2)對積累工作模式下的一維MOS平板結(jié)構(gòu)進行了模式分析,結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)可以支持兩個模式,分析了這兩個模式的形成機理和模場分布特點,研究了這兩個模式的色散曲線、傳播長度、模式尺寸,以及外加電壓、氧化物層厚度和半導(dǎo)體摻雜濃度對模式特性的調(diào)控作用。(3)分別設(shè)計了半導(dǎo)體脊形和金屬條形二維MOS結(jié)構(gòu)并進行了模式分析,解釋了二維MOS結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的多側(cè)模現(xiàn)象及其電壓依賴性,研究了模式的色散曲線、傳播長度和模式尺寸,并與無外加電壓的情況進行了比較。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：O482.5
【部分圖文】：

界面 SPP 波的電磁場分布示意圖，(a) TM 模式的 SPP 振蕩； (b)方向呈指數(shù)衰減， 和 分別為表面 SPP 在介質(zhì)和金屬中的式的特性可以由麥克斯韋方程組推導(dǎo)得到。在圖 1-1 中，S的交界面（z=0） 附近，沿 x 方向傳播，由于 SPP 波為 TM它的電磁分量可以分別表示為：的金屬區(qū)域，有域，有

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文梯狀的色散曲線，并且可以通過摻雜濃度和變化結(jié)構(gòu)厚度進行進一步的設(shè)計。Blaze等人設(shè)計了一種通過對半導(dǎo)體進行線性摻雜結(jié)構(gòu)[9]，理論分析表明在線性摻雜區(qū)（過渡層）可存在兩種不同的 SPP 模式，分別是群速度為正的長波模式和群速度為負的短波模式，文中還特別分析了線性摻雜導(dǎo)致的介電常數(shù)過零對模場的增強作用。

圖 1-2 （a）半導(dǎo)體 SPP 狹縫波導(dǎo)[4]（b）半導(dǎo)體 SPP 脊形波導(dǎo)[5]3 周期性結(jié)構(gòu)的 SPP雖然很難對金屬材料的特性（介電常數(shù)）進行調(diào)控，但是對于周期性的金屬結(jié)調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)（如周期，占空比），其等效介電常數(shù)將有所不同，因此通過的設(shè)計可以在達到調(diào)控 SPP 模式的效果[3，10-13，26-27]。這也可以理解為：在周期，SPP 會產(chǎn)生諧振，從而被限制在周期性結(jié)構(gòu)中，因此可以實現(xiàn)光場局域的強。一般來說，周期性金屬結(jié)構(gòu)中，刻槽的深度、周期、形狀都會改變等效，如刻槽越深，等效介電常數(shù)越小，對 SPP 模場的限制作用越好，同時模式也越低[26-27]。
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1 付強;劉曉為;王蔚;張宇峰;王喜蓮;;高性能MOS結(jié)構(gòu)高頻CV特性測試儀的研制[J];科技創(chuàng)新導(dǎo)報;2017年31期

2 張建新;劉俊星;李洪武;;金屬-二氧化硅-半導(dǎo)體(MOS)結(jié)構(gòu)的電子輻照效應(yīng)[J];紅外技術(shù);2008年04期

3 霍宗亮,毛凌鋒,譚長華,許銘真;直接隧穿應(yīng)力下超薄柵氧化層中的多缺陷產(chǎn)生行為(英文)[J];半導(dǎo)體學(xué)報;2003年02期

4 馬忠權(quán),靳濤,郭旗;MOS結(jié)構(gòu)中的輻照損傷態(tài)[J];核技術(shù);1992年04期

5 陳斌,徐重陽,王長安,周雪梅,趙伯芳,張少強,曾祥斌,鄒雪城;MOS隧道結(jié)的光發(fā)射[J];半導(dǎo)體光電;1999年03期

6 張良,陸鳴,王民,許效紅;新型MOS氧化層TiO_2薄膜[J];壓電與聲光;2003年06期

7 張秀森 ,陳漢杰,高軍杰,歐海疆;由脈沖MOS結(jié)構(gòu)的Ⅰ-C瞬態(tài)確定體產(chǎn)生壽命和表面產(chǎn)生速度[J];杭州大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);1985年03期

8 陳偉華;杜磊;莊奕琪;包軍林;何亮;張?zhí)旄?張雪;;MOS結(jié)構(gòu)電離輻射效應(yīng)模型研究[J];物理學(xué)報;2009年06期

9 張進城,郝躍,朱志煒;MOS結(jié)構(gòu)中薄柵氧化層高場退火效應(yīng)的研究[J];物理學(xué)報;2001年08期

10 陳永珍;在標準參數(shù)測試系統(tǒng)上開發(fā)CV分析功能—用于MOS器件參數(shù)失效分析[J];電子工業(yè)專用設(shè)備;2004年05期

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1 朱海;氧化鋅基電泵浦激光器件的制備及特性研究[D];中國科學(xué)院研究生院（長春光學(xué)精密機械與物理研究所）;2011年

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2 宋林財;采用雙柵MOS結(jié)構(gòu)的抗總劑量關(guān)鍵技術(shù)研究[D];電子科技大學(xué);2017年

3 張弘;超薄SiO_xN_y膜的制備與結(jié)構(gòu)特性研究[D];河北大學(xué);2006年

4 廖偉;6H-SiC MOS結(jié)構(gòu)界面物理性質(zhì)和輻照特性研究[D];四川大學(xué);2001年

本文編號：2837691