這些年來(lái),以石墨烯為代表的新興二維材料憑借其優(yōu)秀的特性迅速走進(jìn)人們的視野。特別是石墨烯擁有超高的載流子遷移率和光學(xué)特性可調(diào)等特點(diǎn),在高速調(diào)制的光電探測(cè),光學(xué)傳感等領(lǐng)域備受關(guān)注。然而,石墨烯作為單原子層的材料對(duì)光的吸收效率約為2.3%左右,限制了其發(fā)展。本文提出利用表面等離激元的方法,增強(qiáng)石墨烯與光的相互作用,并利用石墨烯光學(xué)特性可隨費(fèi)米能級(jí)變化而變化的特點(diǎn),設(shè)計(jì)多種紅外可調(diào)吸收器件。根據(jù)結(jié)構(gòu)中起關(guān)鍵作用的材料,將器件分為石墨烯-金屬?gòu)?fù)合可調(diào)吸收器與石墨烯-介質(zhì)復(fù)合可調(diào)吸收器。前者包括對(duì)空間信息敏感的品質(zhì)因子高達(dá)1400的高分辨石墨烯-金光柵復(fù)合可調(diào)吸收器,對(duì)入射光角度60度內(nèi)不敏感的石墨烯-金-碳化硅復(fù)合可調(diào)吸收器,尺寸厚度低于150nm的超薄石墨烯-金-氧化鋁-金復(fù)合可調(diào)吸收器。后者包括,對(duì)光空間信息敏感調(diào)幅性能優(yōu)良的石墨烯-PMMA光柵復(fù)合可調(diào)吸收器,和實(shí)現(xiàn)石墨烯費(fèi)米能級(jí)敏感為12.5μm/eV的調(diào)頻性能優(yōu)良的石墨烯光柵-介質(zhì)復(fù)合可調(diào)吸收器�？傊�,本文提出并設(shè)計(jì)了多種石墨烯可調(diào)的金屬/介質(zhì)復(fù)合的可調(diào)吸收器件,將金屬材料,介質(zhì)材料與石墨烯材料有效結(jié)合,并對(duì)進(jìn)行參數(shù)調(diào)優(yōu)與原理分析,設(shè)計(jì)... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．２沈元壤教授發(fā)現(xiàn)了石墨烯的光學(xué)特性可受電壓調(diào)制的特點(diǎn)ＭＬ?（ａ）石Ｉ烯上施加了門(mén)??電壓，當(dāng)電壓變化時(shí)期反射率的譜線(xiàn)譜

學(xué)家還發(fā)現(xiàn)了石墨烯的光學(xué)特性可調(diào)的特點(diǎn)，比如２００８年，沈元壤就在ｎａｔｕｒｅ??上發(fā)表了關(guān)于石墨烯的反射率可以隨著施加在其上電壓的變化而變化［１４］，并詳??細(xì)進(jìn)行了分析了石墨烯單層的光學(xué)特性。如圖１．２所示。圖中顯示了石墨烯在不??同的門(mén)電壓下，歸一化的反射光譜的變化趨勢(shì)，同時(shí)也提到了，電壓變化導(dǎo)致了??石墨烯費(fèi)米能級(jí)的變化。實(shí)際上，在沈元壤教授的文章中提到電壓的變化導(dǎo)致石??墨烯費(fèi)米能級(jí)的變化，進(jìn)而改變的石墨烯的光學(xué)特性。??（ａ）?（ｂ）?〇??????＾?｜１１?＼／??＞?十－ｊ?ｉ－２Ａ?ｊ??３４０?３６０?３８０?４００?－５０?０?５０??Ｅｎｅｒｇｙ?（ｍｅＶ）?Ｇａｔｅ?Ｖｏｌｔａｇｅ?（Ｖ）??圖１．２沈元壤教授發(fā)現(xiàn)了石墨烯的光學(xué)特性可受電壓調(diào)制的特點(diǎn)ＭＬ?（ａ）石Ｉ烯上施加了門(mén)??電壓，當(dāng)電壓變化時(shí)期反射率的譜線(xiàn)譜。（ｂ）截取了光的能帒為３５（）ｍｅＶ時(shí)，石墨烯單層的??３??

減少到低于原先的百分之一，器件的品質(zhì)因子大大下降。這充分說(shuō)明石墨烯在其??中產(chǎn)生了較大的損耗，使得部分光被吸收，利用耦合模理論解釋?zhuān)S??光子晶體納米諧振腔對(duì)光的吸收率接近５０％，見(jiàn)圖１．４。和ｋｔｂ分別表示向前??耦合到Ｍｏｄｅｌ和向后耦合到Ｍｏｄｅ２的耦合速率，ｋｃ表示Ｕ和ｋｃｂ的總和，ｋｃ’??表示因材料的吸收或產(chǎn)生損耗的模式而造成的衰減速率，ｋｃｇ表示因石墨烯吸收??造成的衰減速率。因此，只要通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與材料選擇實(shí)現(xiàn)ｋｏ／ｋｅｇ等于１時(shí)，可??以實(shí)現(xiàn)約５０％的吸收。??（ａ）?Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ?￣?５〇「?一＾—?１??Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ?■．．．＞ｉｎ?Ｍｏｄｅｌ?（ｂ）??ＣｏＨｅｃｔ．ｃｎ?￣??ＭＳＳｅ？?ｇ—?＾?４０?０?８??〇〇Ｕ，Ｍｃｂ?〇ｉｎ?§?／?！?１??／＼／，：＼?！：Ｖ?Ｐ??Ｃａｖｉｔｙ?°〇?０５?１?１．５?２°??Ｋｃ／Ｋ？??圖１．４（ａ）光耦合到石墨烯－二維光子晶體納米諧振腔的原理圖（ｂ）理論計(jì)算的石??墨烯吸收率（綠線(xiàn)）以及器件的相對(duì)衰減（藍(lán)線(xiàn)）［１６］??同年，普羅霍夫物理研究所的Ｅｌｅｎａ?Ｄ．?Ｏｂｒａｚｔｓｏｖａ課題組也提出了利用光子??晶體來(lái)并設(shè)計(jì)了實(shí)際的器件進(jìn)行測(cè)量。雖然理論上分析石墨烯的吸收可以迖到??５０％，但從實(shí)驗(yàn)上只實(shí)現(xiàn)了石墨烯１６％的吸收［｜７］。兩年以后，Ｍ．?Ｓｃａｌｏｒａ和Ａ．??Ｄ’Ｏｒａｚｉｏ課題組從實(shí)現(xiàn)上實(shí)現(xiàn)了石墨烯吸收幾乎占５０％的石墨烯－一維光子晶體??結(jié)構(gòu)［１８］。如圖１．５所示

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]SiC器件在光伏逆變器中的應(yīng)用與挑戰(zhàn)[J]. 曾正,邵偉華,胡博容,陳昊,廖興林,陳文鎖,李輝,冉立.  中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào). 2017(01)
[2]智能電網(wǎng)中的新一代高頻隔離功率轉(zhuǎn)換技術(shù)[J]. 宋強(qiáng),趙彪,劉文華,趙宇明.  中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào). 2014(36)
[3]石墨烯的電子結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用進(jìn)展[J]. 梁彤祥,劉娟,王晨.  材料工程. 2014(06)
[4]Experimental study of composite medium with simultaneously negative permeability and permittivity[J]. SUI Qiang1, 2 & LI Fang1 1. Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080, China; 2. School of Information, Beijing Broadcasting Institute, Beijing 100024, China Correspondence should be addressed to Sui Qiang (email: suiqiang@bbi.edu.cn) Received July 28, 2003.  Science in China(Series G:Physics,Mechanics & Astronomy). 2004(01)
[5]硅集成電路光刻技術(shù)的發(fā)展與挑戰(zhàn)[J]. 王陽(yáng)元,康晉鋒.  半導(dǎo)體學(xué)報(bào). 2002(03)



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