基于石墨烯與硅基納米光波導(dǎo)復(fù)合結(jié)構(gòu)的電光調(diào)制技術(shù)研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代數(shù)字化電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)電子儲(chǔ)存器件的數(shù)據(jù)容量、電子信息處理器的運(yùn)算速度提出的要求也越來(lái)越高。與電信號(hào)相比，光信號(hào)具有數(shù)據(jù)容量大、傳輸速度快、不受電磁場(chǎng)干擾等優(yōu)點(diǎn)，因而要達(dá)到大數(shù)據(jù)量存儲(chǔ)、高速處理和低功耗這些要求，急需通過(guò)光電芯片來(lái)打破微電子產(chǎn)業(yè)摩爾定律的限制。而硅基納米光波導(dǎo)是構(gòu)成光電芯片的基礎(chǔ)單元，它可以在納米尺度下完成光信號(hào)的傳輸與處理，是實(shí)現(xiàn)光子器件小型化、集成化必不可少的單元。
　　石墨烯作為一種新興的二

2、維材料，其零帶隙具有線性色散的能帶結(jié)構(gòu)、超高的載流子遷移速率以及電控可調(diào)的費(fèi)米能級(jí)使石墨烯成為一種極具應(yīng)用前景的光信號(hào)處理材料。然而，將石墨烯應(yīng)用于高效的光電轉(zhuǎn)換器件最大挑戰(zhàn)之一就是單層石墨烯有限的光吸收率。而將石墨烯集成到光波導(dǎo)上通過(guò)石墨烯與波導(dǎo)表面倏逝波的相互作用則可以解決這一難題，不但可以增強(qiáng)光與石墨烯的相互作用，增大光電轉(zhuǎn)換效率，而且可以控制波導(dǎo)中光的傳輸，這對(duì)光信息芯片中不可或缺的電光調(diào)制、光電探測(cè)等器件具有重大的研究意義與應(yīng)

3、用前景。
　　本文以目前國(guó)際最新研究成果為指引，圍繞石墨烯與納米光波導(dǎo)器件的集成，開(kāi)展了基于石墨烯的硅基納米光波導(dǎo)電光調(diào)制特性的研究。對(duì)石墨烯-光波導(dǎo)復(fù)合材料的特性進(jìn)行了分析研究，加工并制備出石墨烯-光波導(dǎo)光電集成結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試與結(jié)果分析。首次實(shí)驗(yàn)制備出雙層石墨烯電容結(jié)構(gòu)與硅基微環(huán)諧振腔相結(jié)合的電光調(diào)制結(jié)構(gòu)，首次提出利用漸變微環(huán)諧振腔增大調(diào)制效率，首次利用石墨烯調(diào)控級(jí)聯(lián)光波導(dǎo)微環(huán)諧振腔中的類電磁誘導(dǎo)透明效應(yīng)。相關(guān)研究?jī)?nèi)容可歸

4、結(jié)為以下幾個(gè)方面：
　　1、對(duì)光波導(dǎo)的傳輸模式和單模傳輸條件進(jìn)行了理論分析；通過(guò)對(duì)負(fù)責(zé)光輸入和輸出的光波導(dǎo)納米光柵各參數(shù)的仿真與優(yōu)化，提高了光柵的耦合效率；對(duì)核心單元微環(huán)諧振腔進(jìn)行了理論分析。最后利用L-Edit軟件對(duì)微腔諧振器集成單元進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。利用電子束曝光以及感應(yīng)耦合等離子體刻蝕等工藝完成了垂直耦合光柵作為光信號(hào)輸入輸出端的條形光波導(dǎo)以及微環(huán)諧振腔，對(duì)微環(huán)諧振腔的傳輸特性進(jìn)行了測(cè)試分析，得到了品質(zhì)因子為105高Q值微環(huán)諧

5、振腔。
　　2、對(duì)石墨烯的結(jié)構(gòu)性質(zhì)進(jìn)行了理論分析，理論仿真了石墨烯費(fèi)米能級(jí)、介電常數(shù)、等參數(shù)隨電壓的變化關(guān)系。通過(guò)化學(xué)氣相沉積的方法（CVD）在銅箔基底上生長(zhǎng)了石墨烯薄膜，并通過(guò)濕法轉(zhuǎn)移的方法轉(zhuǎn)移到了硅光波導(dǎo)的表面。解決了石墨烯-納米光波導(dǎo)集成芯片加工過(guò)程中的多個(gè)工藝難點(diǎn)，并通過(guò)電子束蒸發(fā)、ALD原子沉積、紫外光刻等實(shí)現(xiàn)了石墨烯薄膜的圖形化以及電極的生長(zhǎng)等工藝，最后與PCB板引線并鍵合，得到了石墨烯與納米光波導(dǎo)結(jié)合的光電調(diào)制芯片。

6、
　　3、對(duì)微環(huán)諧振腔-石墨烯復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行了電光調(diào)制測(cè)試，設(shè)計(jì)并加工了新型的漸變微環(huán)諧振腔-石墨烯復(fù)合結(jié)構(gòu)來(lái)增強(qiáng)石墨烯與光的相互作用，以增大調(diào)制效率，測(cè)試得到了高達(dá)26dB的調(diào)制深度，對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)分析。通過(guò)雙環(huán)級(jí)聯(lián)的納米光波導(dǎo)微環(huán)諧振腔的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算優(yōu)化，在芯片上觀察到了類電磁誘導(dǎo)透明效應(yīng)，并將石墨烯的電控光吸收原理應(yīng)用到級(jí)聯(lián)微環(huán)類電磁誘導(dǎo)透明效應(yīng)中，并在實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)了石墨烯對(duì)光波導(dǎo)中類電磁誘導(dǎo)透明效應(yīng)的調(diào)控，對(duì)譜線的藍(lán)移和