[发明专利]硅基石墨烯的光泵浦电控太赫兹波调控方法

说明书

本发明公开了硅基石墨烯的光泵浦电控太赫兹波调控方法，解决了现有的太赫兹波调控技术存在插入损耗大、调制深度较窄、响应速度较慢和单元串扰大的问题，其技术方案要点是：包括以下步骤：通过光泵浦技术，使硅层产生光生载流子；将所述光生载流子扩散到石墨烯层，使所述硅层与所述石墨烯层之间界面处形成耗尽层；将所述石墨烯层的费米能级升高进入导带；在所述石墨烯层与所述硅层衬底之间施加反向偏压，使所述耗尽层展宽，具有使太赫兹波调控的调制深度增大、响应速度加快、插入损耗降低和单元串扰降低的效果。

技术领域

本发明涉及太赫兹波调控技术领域，更具体地说，它涉及硅基石墨烯的光泵浦电控太赫兹波调控方法。

背景技术

太赫兹波是指频率为0.1～10THz的电磁波，该波段包含丰富的光谱信息，如蛋白质在内的大分子转动/振荡频谱、固体材料晶格振动能谱等。与微波和光波相比，太赫兹波具有能量低、穿透力强、安全性高、光谱信息丰富等特性，在无损检测、安检、医学成像和通信等领域具有重要的应用前景。

现有的太赫兹波调控技术，一般为电压调控技术、全光调控技术和温度调控技术。电压调控方式利用人工微结构的谐振增强特性提高透射率，但其调制带宽明显较窄，电极本身存在大量自由电子，对太赫兹波有较强的吸收效果，通常调制器的插入损耗较大。太赫兹全光调控器件均是较大面积的单元器件，如要制作阵列，需采用可见光空间光调制器提供特殊光场模板，将大大增加系统复杂度。温控太赫兹调制器有实现较大的调制深度的潜力，但是其插入损耗大、调制速率慢、单元串扰大以及功耗很大。

综上，现有的太赫兹波调控技术存在插入损耗大、调制深度较窄、响应速度较慢和单元串扰大的问题。

发明内容

本发明的目的是提供硅基石墨烯的光泵浦电控太赫兹波调控方法，具有使太赫兹波调控的调制深度增大、响应速度加快、插入损耗降低和单元串扰降低的效果。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：硅基石墨烯的光泵浦电控太赫兹波调控方法，包括以下步骤：

S1：通过光泵浦技术，使硅层产生光生载流子；

S2：将所述光生载流子扩散到石墨烯层，使所述硅层与所述石墨烯层之间界面处形成耗尽层；

S3：将所述石墨烯层的费米能级升高进入导带；

S4：在所述石墨烯层与所述硅层衬底之间施加反向偏压，使所述耗尽层展宽。

通过采用上述技术方案，将光生载流子注入石墨烯层，使石墨烯费米能级升高进入导带，衰减太赫兹波的透射效果；利用反向偏压，增强石墨烯层与硅层衬底之间的电场，使自由电子注入石墨烯层，随着反向偏压升高，提升石墨烯的导电性，降低太赫兹波的透射率；使得太赫兹波调控的调制深度增大、响应速度加快、插入损耗降低和单元串扰降低。

本发明进一步设置为：所述硅层为N型高阻硅，所述石墨烯层为p型掺杂石墨烯。

通过采用上述技术方案，便于提升耗尽层的形成效率。

本发明进一步设置为：所述石墨烯层为单层石墨烯，所述单层石墨烯的光吸收率为2％-4％。

通过采用上述技术方案，利用石墨烯层的光吸收特性，使石墨烯层相当于透明电极，便于降低太赫兹波调控的插入损耗。

本发明进一步设置为：所述光泵浦技术中的光为连续可见光。

通过采用上述技术方案，利用连续可见光，在产生光生载流子的过程中不需要对光强进行调节，使得光生载流子的产生操作简单。

本发明进一步设置为：所述p型掺杂石墨烯层的掺杂具体包括：利用石墨烯湿法转移法、物理吸附法或化学吸附法对石墨烯进行掺杂。

通过采用上述技术方案，使得p型掺杂石墨烯层的掺杂操作方便。