[发明专利]光控太赫兹波调制芯片及其制备方法

权利要求书

1.一种光控太赫兹波调制芯片，其特征在于，包括：

半导体衬底(110)；以及

形成于所述半导体衬底上的杂化结构(120)，该杂化结构包括：微纳耦合结构，以及分散至所述微纳耦合结构的多个的金纳米双锥(122)；

其中，所述金纳米双锥的长径比大于等于1。

2.根据权利要求1所述的光控太赫兹波调制芯片，其特征在于，所述金纳米双锥为五孪晶结构；所述五孪晶结构包括对称堆叠的两个五边形金字塔结构；

所述五边形金字塔结构的尖端角介于26°～32°之间，所述五边形金字塔结构的侧面为{100}晶面，且其晶面沿锥轴方向步进，向{111}晶面倾斜。

3.根据权利要求1所述的光控太赫兹波调制芯片，其特征在于，所述微纳耦合结构为纳米线层(121A)；所述金纳米双锥嵌入所述纳米线层的纳米线中。

4.根据权利要求3所述的光控太赫兹波调制芯片，其特征在于，所述半导体衬底(110)为单晶n型的硅晶片；

所述纳米线层(121A)为对所述硅晶片的表层进行刻蚀而形成的硅纳米线层。

5.根据权利要求1所述的光控太赫兹波调制芯片，其特征在于，所述微纳耦合结构为超材料阵列(121B)；

其中，所述超材料阵列(121B)包括：M×N个超材料单元；M≥1，N≥1，所述金纳米双锥附着在所述超材料单元表面。

6.根据权利要求5所述的光控太赫兹波调制芯片，其特征在于：

所述超材料单元选自于以下形式中的一种或者多种：单圆劈裂谐振环、双圆劈裂谐振环、单劈裂谐振环和双劈裂谐振环；和/或

在高度方向上，所述超材料单元包括：形成于所述半导体衬底上的Cr层；以及形成于所述Cr层上的Au层；其中，所述Cr层的厚度介于1nm～10nm之间；所述Au层的厚度介于50nm～1000nm之间；在长度和宽度方向上，所述超材料单元在半导体衬底面上的尺度介于20μm～100μm之间。

7.一种制备方法，用于制备如权利要求1至6中任一项所述的光控太赫兹波调制芯片，其特征在于，包括：

步骤A，在半导体衬底上形成微纳耦合结构；以及

步骤B，在形成有微纳耦合结构的半导体衬底上分散多个的金纳米双锥。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：

所述微纳耦合结构为纳米线层；所述半导体衬底为单晶n型的硅晶片；所述步骤A包括：通过金属辅助化学刻蚀方法在所述硅晶片上制备硅纳米线层；或

所述微纳耦合结构为超材料阵列；所述步骤A包括：通过光学刻蚀方法在所述半导体衬底上制备光刻胶掩模；利用所述光刻胶掩膜在所述半导体衬底上形成M×N个超材料单元，构成超材料阵列。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤B包括：

步骤B1，制备金种子溶液；

步骤B2，利用金种子溶液制备分散有金纳米双锥的CTAB溶液；

步骤B3，利用分散有金纳米双锥的CTAB溶液在形成有微纳耦合结构的半导体衬底表面分散金纳米双锥。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：

所述步骤B1包括：将NaBH₄溶液添加到含有HAuCl₄、十六烷基三甲基氯化铵和柠檬酸的水溶液中，将溶液搅拌，使用水浴将黄棕色溶液保持在80℃，搅拌获得金种子溶液；

所述步骤B2包括：将HAuCl₄、AgNO₃、HCl和抗坏血酸依次添加到十六烷基三甲基溴化铵水溶液中，然后添加金种子溶液并搅拌，将溶液在30℃水浴，所得溶液离心处理；最后，将沉淀的金纳米双锥重新分散在CTAB溶液中；

所述步骤B3包括：将CTAB溶液滴加到形成有微纳耦合结构的半导体衬底表面，待干燥后形成分散至微纳耦合结构的多个的金纳米双锥，通过控制金种子溶液的量来控制金纳米双锥的长径比。