硅基復合結(jié)構(gòu)及其太赫茲調(diào)控特性研究.pdf

1、隨著太赫茲輻射源和探測裝置的種類和性能不斷發(fā)展，人們對于太赫茲波的認知越來越全面，太赫茲技術(shù)的相關(guān)應用也不斷影響到各個領(lǐng)域。由于其獨特的電磁頻譜特性，在醫(yī)學檢測、通信、成像和探測等領(lǐng)域的作用有望超過其他頻段的波譜。然而傳統(tǒng)的功能器件如調(diào)制器/開關(guān)、濾波器、吸收器和極化器等無法用于太赫茲波段，各個領(lǐng)域?qū)δ芷骷男枨笕找嫫惹小５?，不同領(lǐng)域需要的功能器件的性能都有所差別，例如在太赫茲通信中，需要調(diào)制速率足夠快的調(diào)制器來縮短通信傳輸?shù)臅r間，

2、而對其調(diào)制深度要求并不高；但在太赫茲成像中則要求調(diào)制器具備足夠大的調(diào)制深度去提高成像系統(tǒng)的清晰度和精確度，相對對其調(diào)制速率的要求卻很低，一般kHz量級的調(diào)制速率足夠滿足成像需求。
　　本文提出兩種硅復合結(jié)構(gòu)提高調(diào)制器件的調(diào)制深度。首先將摻金硅與單層石墨烯薄膜結(jié)合，形成硅/石墨烯復合結(jié)構(gòu)，該復合結(jié)構(gòu)在激光作用下可有效提高器件的調(diào)制深度。當沒有激光作用時，石墨烯和摻金硅都對太赫茲波高度透明，其透射率為65％；當有激光作用在摻金硅表面，

3、產(chǎn)生的光生載流子由于濃度差向石墨烯層擴散，在“石墨烯-摻金硅”界面形成電導層，由于石墨烯具有極高的電子遷移率，因此形成的電導層會大幅度吸收和反射太赫茲波，透射率降為45%，調(diào)制深度比摻金硅提高50%，調(diào)制速率可達2.2MHz。其次，在高阻硅襯底上制作一種二維光子晶體，形成光子晶體/高阻硅復合結(jié)構(gòu)。該復合結(jié)構(gòu)不但可以增加器件的調(diào)制深度，還能減小插入損耗。說明了四種不同的入射方式對調(diào)制特性的影響，并給出了合理的解釋。當激光作用于硅層時，形成

4、的電導層不但吸收從正面入射的太赫茲波，還將一部分太赫茲波以漫反射的形式反射到光子晶體中，被局域在光子晶體中并對入射的太赫茲波產(chǎn)生干擾，從而降低太赫茲波的透射幅度，提高調(diào)試深度，最大調(diào)制深度可達97%，但調(diào)制速率較小，只有10kHz。最后，將Si-PC復合結(jié)構(gòu)用于THz成像中，進一步說明這種復合結(jié)構(gòu)對調(diào)制深度的增加。
　　本論文提出的兩種硅復合結(jié)構(gòu)能有效提高調(diào)制器件的調(diào)制深度，實現(xiàn)工藝簡單，成本低廉，提高效果較好，使用于太赫茲成像系