[实用新型]一种高性能单层石墨烯太赫兹波反射型调制器

说明书

本实用新型公开了一种高性能单层石墨烯太赫兹波反射型调制器，该器件底层由一层金属金作为反射层，一层二氧化硅衬底层，一层硅基底作为中间层，一层二氧化硅衬底层，一层石墨烯入射层，由下往上堆叠而成具有对称的五层结构。该调制器通过等效电路法理论计算，通过观察该结构对太赫兹信号的调制，能够实现高调制深度、高调制速率和宽带宽的特性。该调制器结构简单、紧凑合理，便于加工。

技术领域

本实用新型涉及一种基于石墨烯材料作为高性能太赫兹波调制器件，属于石墨烯材料在太赫兹波段通信应用领域。

背景技术

随着无线通信技术不断更新换代，当前无线通信正面临着频谱资源有限、通信速度无法满足人们的要求等问题，太赫兹(terahertz，THz)波(频率从100GHz到10THz)因其频段资源丰富、带宽大、不易被探测和截收和很强的抗干扰能力等优点，成为目前无线通信领域研究的热点之一。近年来，随着太赫兹波段源和探测器的基础问题解决，太赫兹波段的通信器件成为目前研发的重点，而太赫兹调制器作为其中的核心器件，引起了国内外研究人员的广泛关注。到目前为止，已经被提出的调制器要么调制深度很高，而调制带宽和调制速率很小；要么传输损耗很小，调制带宽很宽，而调制深度不够理想。因此，对于实现调制深度高，传输损耗小且调制带宽和调制速率的调制器与日俱增，这在太赫兹通信领域具有重要意义。

近年来大多数基于石墨烯的太赫兹波调制器都是基于石墨烯-介质-基底结构组成的调制器。尽管这些调制器结构简单，能够实现较高的调制深度，或者较高的调制速度和调制带宽，但是，这些调制器很少在调制深度、调制带宽、调制速率、传输损耗等性能参数之间实现一个较好的均衡，这就限制了调制器在太赫兹通信领域的应用。

考虑到了实际加工的可操作性，结构难易等要求，本实用新型提出了一种基于单层石墨烯的太赫兹波反射型调制器件。其基本原理是：由于石墨烯具有很高的电子迁移率、可调和对称的费米能级等特性，可以通过外加偏置电压来改变石墨烯的费米能级，当石墨烯上加上非零偏置电压时，电源将基底中的电子引向石墨烯，使其费米能级偏离中心点，使其电导率急剧增加，石墨烯表现金属属性，大部分太赫兹波被反射回去，很小一部分被吸收，由于底层为金属，所以太赫兹波无透射，此时调制0信号；当石墨烯上不加电压时，由于石墨烯超薄性质，大部分太赫兹波都被地层金属反射回去，只有很小一部分被调制器吸收，此时调制的是1信号；使用单层石墨烯来减少信号的传输损耗，提高偏置电压增加调制器的调制深度，适当的减少调制器的尺寸，加上合适的结构设计，来增加调制器的调制速度和调制带宽。作为新型的石墨烯材料，其加工技术也得到了广大科研工作者的研究变得日趋的成熟，最常用的加工技术是CVD法。顾本实用新型具有重要的科学意义和实际应用价值，在太赫兹调制器实际应用中也有着一定的前景。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种结构简单、易于加工、具有调制深度高、宽调制带宽和高调制速率的特点，且能够在实际中应用的石墨烯太赫兹波调制器。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种高性能单层石墨烯太赫兹波反射型调制器，该器件由一层金属反射层、第一二氧化硅衬底层、一层硅基底中间层、第二二氧化硅衬底层和一层石墨烯层由下往上叠置而成的五层结构。

本技术方案中的高性能单层石墨烯太赫兹波反射型调制器件以石墨烯材料为基础，可以通过氧化石墨还原法来制作，器件的加工还包括光刻及刻蚀技术。本实用新型所述的石墨烯材料选用的化学势能在0.1ev～0.2eV的低化学势，这在实验上进行参杂也是很容易去实现的。

顶层为石墨烯层，厚度为1nm，面积为1cm*1cm。

第一二氧化硅衬底层，其厚度为150nm，面积为1cm*1cm。

硅基底中间层，其厚度为400um，面积为1cm*1.2cm。

第二二氧化硅衬底层，其厚度为150nm，面积为1cm*1cm。

金属反射层，面积为1cm*1cm。