太赫茲（Terahertz,簡(jiǎn)稱THz）波由于在電磁波譜中處于電子學(xué)與光子學(xué)的過(guò)渡區(qū)域,具有許多優(yōu)良的性質(zhì)如寬帶性、低能量性、相干性好等,在無(wú)線通信、安檢、無(wú)損探測(cè)、醫(yī)學(xué)成像、武器制導(dǎo)等諸多方面有著廣闊的應(yīng)用前景。其中,太赫茲成像技術(shù)是當(dāng)前太赫茲波研究領(lǐng)域的熱點(diǎn),高效率的太赫茲調(diào)制器是提高成像水平的關(guān)鍵因素之一。在現(xiàn)有的太赫茲調(diào)制器件當(dāng)中,硅基全光控太赫茲調(diào)制器由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于高密度集成以及其制造技術(shù)與現(xiàn)有的CMOS工藝相兼容等優(yōu)勢(shì)而備受關(guān)注。半導(dǎo)體硅對(duì)波長(zhǎng)400¹100 nm范圍內(nèi)的激光反射率高達(dá)40%⁶0%,其較低的激光利用率不但降低了器件的調(diào)制深度,反射的激光也會(huì)對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)帶來(lái)干擾和噪聲。基于此,本文主要圍繞著怎樣提高硅基光控太赫茲調(diào)制器的調(diào)制深度和提高泵浦激光利用率兩個(gè)方面進(jìn)行了研究,研究了硅表面微納米結(jié)構(gòu)以及表面鈍化工藝技術(shù)對(duì)其調(diào)制性能的影響,并通過(guò)太赫茲成像實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了器件的調(diào)制性能。主要的工作包括:首先,研究了硅表面微結(jié)構(gòu)對(duì)調(diào)制器性能的影響。通過(guò)化學(xué)刻蝕的方法在硅片上制備具有微米量級(jí)金字塔結(jié)構(gòu)的黑硅,而黑硅對(duì)波長(zhǎng)在400

【文章來(lái)源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

太赫茲波在電磁波譜中的位置

第一章緒論3控的設(shè)計(jì)方案，使用歐姆接觸與肖特基接觸來(lái)調(diào)節(jié)載流子濃度在襯底上的分布。如圖1-2所示，襯底中的高濃度載流子在未加電的情況下將諧振開口位置導(dǎo)通，且人工微結(jié)構(gòu)此時(shí)不會(huì)產(chǎn)生LC振蕩。隨著外加偏壓的增大，開口處的電子被置于負(fù)偏壓下，諧振開口處斷開，形成了LC振蕩。利用電控的方式，最終實(shí)現(xiàn)了在0.72THz處的50%調(diào)制深度。然而，這種電控方法的缺點(diǎn)是，該調(diào)制器的寄生電容較大，最后只有幾KHz的調(diào)制速率。圖1-2基于超材料的電控THz調(diào)制器示意圖。(a)器件模型；(b)肖特基二極管模型；(c)電壓調(diào)控示意圖[16]2009年，H.T.Chen等人發(fā)表了關(guān)于相位調(diào)制的電控太赫茲調(diào)制器的文章[17]，使用人工微結(jié)構(gòu)和摻雜GaAs結(jié)合的方式，利用電壓信號(hào)來(lái)控制載流子濃度的分布以達(dá)到控制人工微結(jié)構(gòu)諧振特性變化的目的，如圖1-3所示。和以前的調(diào)幅方案不同，該篇文章的研究重點(diǎn)是電壓變化如何影響太赫茲波的相位變化情況。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)人工微結(jié)構(gòu)之后，最后得到了30°的相位調(diào)制和80%的幅度調(diào)制，且預(yù)測(cè)最大調(diào)制速率高達(dá)2MHz，與之前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比，這是一個(gè)極大的提升。該科研團(tuán)隊(duì)同時(shí)還提出了利用多層復(fù)合結(jié)構(gòu)以此來(lái)實(shí)現(xiàn)更好的相位調(diào)制效果，最終實(shí)現(xiàn)了360°的相位變化，初步滿足了現(xiàn)代無(wú)線通信的需求。

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文4圖1-3H.T.Chen等人發(fā)表的電控太赫茲相位調(diào)制器[17]2009年，T.Driscoll等人研究了基于VO2的太赫茲溫控調(diào)制器，相關(guān)研究成果發(fā)表在Science上。在這篇文章中，通過(guò)結(jié)合人工微結(jié)構(gòu)和VO2薄膜的方式來(lái)對(duì)諧振頻率點(diǎn)進(jìn)行調(diào)控，如圖1-4所示，因?yàn)閂O2具有溫度相變的特性，加熱VO2薄膜，可以使VO2產(chǎn)生由半導(dǎo)態(tài)到金屬態(tài)的相變[18]。在加熱的過(guò)程中，VO2薄膜的電導(dǎo)率以及介電常數(shù)會(huì)不斷地發(fā)生變化。因?yàn)橹C振頻率是由等效電感以及等效電容決定，而加熱過(guò)程中VO2薄膜介電常數(shù)的變化會(huì)導(dǎo)致等效電容的變化，最終會(huì)導(dǎo)致諧振頻率的變化。隨著VO2薄膜加熱溫度的變化，該調(diào)制器可以達(dá)到20%的頻率偏移。另外，電導(dǎo)率的改變還會(huì)影響整個(gè)頻段上的太赫茲波透射率。圖1-4基于VO2的太赫茲溫控調(diào)制器[18]2012年，美國(guó)圣母大學(xué)的B.S.Rodriguez等人通過(guò)石墨烯薄膜的電控方式來(lái)對(duì)太赫茲波進(jìn)行了調(diào)控，相關(guān)的研究結(jié)果在NatureCommunications上得以發(fā)表[19]。如圖1-5所示，該篇文獻(xiàn)中通過(guò)單層石墨烯薄膜來(lái)制備基于石墨烯的太赫茲電控調(diào)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
[1]硅基全光控太赫茲波幅度調(diào)制器的研究[D]. 田偉.電子科技大學(xué) 2015
[2]太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)研究及應(yīng)用[D]. 孟坤.中國(guó)工程物理研究院 2011



本文編號(hào)：3459213