[发明专利]MoTe2和Si复合结构全光太赫兹调制器及其制备方法

说明书

一种MoTe₂和Si复合结构全光太赫兹调制器及其制备方法，该调制器包括表面抛光的硅片以及硅片表面覆盖的MoTe₂层；其制备方法包括以下步骤：(1)称取Te和Mo装入石英管中并封管，(2)将石英管放入加热炉中，Mo和Te充分化合反应；(3)反应完毕取出石英管并离心，得到MoTe₂体块单晶；(4)将MoTe₂体块单晶放入盛有NMP的离心管中进行超声，得到MoTe₂分散液；(5)对获得的分散液进行离心，取上清液；(6)将MoTe₂上清液旋涂在清洗后的硅片表面，烘干，使NMP溶液完全挥发，得到MoTe₂和Si复合结构的太赫兹调制器。本发明制作工艺简单，能够均匀大面积制备，制备的调制器调制简单易实现，在较低的泵浦激光功率下，能够实现宽带调制，调制调制深度大、灵敏度高。

技术领域

本发明涉及一种基于MoTe₂/Si复合结构的全光太赫兹调制器及其制备方法，属于二维材料及光电功能器件应用技术领域。

背景技术

太赫兹(THz)是介于红外和微波之间的电磁波段，其频率范围在0.1-10THz，所对应的波长范围为3-0.03mm。近些年来，随着太赫兹技术的发展，太赫兹波的产生和探测的问题已经得到了较好地解决。但是，由于缺少快速有效的太赫兹功能器件，如何便捷高效地控制太赫兹波仍是一个亟待解决的问题。在一个太赫兹系统中，太赫兹调制器有着举足轻重的作用，特别是在太赫兹短距离无线通信、超快连接以及太赫兹成像系统中。因为它可以控制太赫兹波的幅值、相位、偏振态、空间传播方向等。因此，对太赫兹波调制器的研究具有非常重要的意义，可以推动太赫兹技术的实用化。而目前的太赫兹调制器，在调制深度、调制速度、频宽等方面仍存在不足。

根据调制的物理量，调制器可以分为振幅调制器、相位调制器以及波形调制器等等。根据调制手段可以分为应力调制、电学调制、光学调制、温度调制、声光调制以及磁光调制等。但是每种调制手段都具有各自的优缺点，例如温度调制具有较慢的调制速度，应力调制需要精确的计量设备，而电学以及光学调制都具有相对较大的插入损耗。全光太赫兹调制技术利用可见或者近红外光源直接照射器件表面产生光生载流子，通过控制光源的强度可实现高灵敏度的太赫兹调制。

传统的全光太赫兹调制器采用单一半导体(例如Si、Ge等)，由于较低的载流子浓度，其调制深度受到极大的限制。二维材料由于其独特的光学和电学等物理特性被认为是最有潜力替代硅材料的下一代电子材料，二维材料与半导体复合可以实现太赫兹调制器件系能的大幅提高。石墨烯与半导体Si或Ge复合结构可以实现较大的调制深度和调制带宽(Sci.Rep.2014,4,7409；ACS Nano 2012,6,9118)，但是所需的泵浦光的能量较高，不利于节能和集成器件散热。二维层状过渡金属硫化物(MoS₂，MoTe₂)是一类具有优异物理化学性能的二维材料，是当今材料学和光电子学研究的热点。MoS₂与半导体Si复合结构可以实现较高的调制深度和调制带宽，但是其所需的泵浦光的能量同样较高。(Nanoscale 2016,8,4713；Sci.Rep.2016,6,22899.)。

总之，现有的太赫兹调制器难以同时满足调制深度、调制带宽、灵敏度方面的优异性能，有的器件制备工艺复杂、器件性能稳定性不高，而且需要的高的泵浦能量激光调制，对实际应用而言既增加能耗，又不利于器件散热。

二碲化钼(MoTe₂)作为一种过度金属硫属二维层状半导体材料具有以下优点：其同质结载流子注入效率极高，是Si的10～50倍，电子在其中迁移速率快；而且，MoTe₂具有与Si几乎相同的能带结构和带隙(1.0～1.1eV)，因此，MoTe₂与Si复合形成Ⅱ类范德华异质结，界面势垒较小，有利于载流子的传输，从而提高器件的灵敏度。

发明内容