【摘要】：太赫茲技術(shù)在通信、雷達(dá)、成像、檢測(cè)、生物醫(yī)療等領(lǐng)域擁有廣泛的應(yīng)用前景。太赫茲波調(diào)制器是關(guān)鍵器件之一,太赫茲調(diào)制器性能的優(yōu)劣對(duì)太赫茲技術(shù)的發(fā)展有著極大的影響,調(diào)制深度是表征太赫茲調(diào)制器性能的重要指標(biāo)之一。本文從電調(diào)控單層石墨烯太赫茲調(diào)制器入手,在電調(diào)控單層石墨烯太赫茲調(diào)制器中加入亞波長(zhǎng)金屬微納結(jié)構(gòu),對(duì)太赫茲調(diào)制器的調(diào)制能力進(jìn)行了研究。利用電磁波透過(guò)金屬微納結(jié)構(gòu)時(shí)會(huì)產(chǎn)生異常透射現(xiàn)象,產(chǎn)生局域增強(qiáng)電場(chǎng)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)附近的相互作用效果。在單層微納結(jié)構(gòu)石墨烯太赫茲調(diào)制器結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上優(yōu)化出一種雙層微納結(jié)構(gòu)層石墨烯太赫茲調(diào)制器模型。利用不同形狀尺寸的金屬微納結(jié)構(gòu)可分別提供一個(gè)共振頻帶的理論,建立了雙微納結(jié)構(gòu)層石墨烯太赫茲調(diào)制器模型。以半導(dǎo)體集成電路加工工藝為基礎(chǔ),實(shí)驗(yàn)制作了雙微納結(jié)構(gòu)層石墨烯太赫茲調(diào)制器,經(jīng)太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)測(cè)試,在0.54THz處獲得的調(diào)制深度為33.7%,在1.1THz處獲得的調(diào)制深度為37.4%。雙微納結(jié)構(gòu)層石墨烯太赫茲調(diào)制器與單層微納結(jié)構(gòu)增強(qiáng)型石墨烯太赫茲調(diào)制器相比增加了一個(gè)調(diào)制頻帶,調(diào)制深度提高了約10%。調(diào)制器的調(diào)制效果受襯底層厚度、石墨烯層質(zhì)量、兩層微納結(jié)構(gòu)間的對(duì)準(zhǔn)精度等因素影響。
【圖文】：

第一章 緒 論 太赫茲及應(yīng)用太赫茲波是指頻率在 0.1THz~10THz 范圍內(nèi)、波長(zhǎng)大約在 30μm 到 3mm 之間。在電磁波譜中太赫茲波段處于微波波段與紅外波段之間的位置，此處是宏論向微觀量子理論過(guò)渡的區(qū)域，也是電子學(xué)向光子學(xué)過(guò)渡的區(qū)域。太赫茲波速率快、通信容量高、信噪比高、脈沖頻帶范圍寬、對(duì)不同的物質(zhì)有不同的透或反射規(guī)律、光子的能量低等性質(zhì)[1-4]。從 20 世紀(jì) 80 年代中后期開(kāi)始，太赫及相匹配的探測(cè)器日趨成熟，太赫茲技術(shù)從此進(jìn)入了迅速發(fā)展的階段[5-10]。

在過(guò)去的研究階段，太赫茲發(fā)生源及相匹配的探測(cè)器的研究日趨成熟，促進(jìn)太赫茲技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵逐漸向?qū)ふ矣行У奶掌澱{(diào)制器件方向發(fā)展。調(diào)制是為了將要發(fā)送的信息，如無(wú)線(xiàn)電報(bào)、音頻信號(hào)、視頻信號(hào)、無(wú)線(xiàn)電廣播信號(hào)等附加在載波或信號(hào)的某種特征上[24]。載波或信號(hào)普遍具有周期性的變化規(guī)律，特征包括相位、頻率或振幅等。調(diào)制方式根據(jù)器件結(jié)構(gòu)有所不同，以電控調(diào)制和光控調(diào)制為主[25]。最初的太赫茲調(diào)制器主要采用傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料，利用半導(dǎo)體電導(dǎo)率的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)太赫茲波的調(diào)控。Kleine-Ostmann 等人采用 AlGaAs/GaAs 材料對(duì)太赫茲進(jìn)行調(diào)制得到了 3%~6%的調(diào)制深度[26,27]。石墨烯是近年來(lái)研究較多的一種新型太赫茲調(diào)制器材料。2012年Sensale-Rodriguez等人第一次研究出透射式電控石墨烯太赫茲調(diào)制器[28]。器件采用透射式結(jié)構(gòu)，太赫茲波依次穿過(guò)石墨烯層、介質(zhì)層及襯底層，如圖 1.2（a）所示�；诖竺娣e類(lèi)場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)，通過(guò)在石墨烯層與硅基底層間施加電壓的方式，使石墨烯內(nèi)的載流子產(chǎn)生定向移動(dòng)，，此時(shí)石墨烯的費(fèi)米能級(jí)發(fā)生偏移，遠(yuǎn)離狄拉克點(diǎn)，吸收光子產(chǎn)生帶內(nèi)躍遷，改變石墨烯的電導(dǎo)率，實(shí)現(xiàn)對(duì)太赫茲波的調(diào)制。電控石墨烯太赫茲調(diào)制器的調(diào)制深度在0.57THz 處達(dá)到了 15%，調(diào)制速率可達(dá) 20kHz。
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)春理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：O441

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前6條

1 蘇娟;成彬彬;鄧賢進(jìn);;基于石墨烯的太赫茲光電功能器件研究進(jìn)展[J];太赫茲科學(xué)與電子信息學(xué)報(bào);2015年03期

2 胡忠良;蔣海云;趙學(xué)輝;李娜;丁燕鴻;;石墨烯制備的方法、特性及基本原理[J];材料導(dǎo)報(bào);2014年11期

3 徐超;陳勝;汪信;;基于石墨烯的材料化學(xué)進(jìn)展[J];應(yīng)用化學(xué);2011年01期

4 朱彬;陳彥;鄧科;胡煒;;太赫茲科學(xué)技術(shù)及其應(yīng)用[J];成都大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2008年04期

5 陳博;;微/納結(jié)構(gòu)加工技術(shù)[J];黑龍江科技信息;2008年30期

6 張靖,黎海濤,張平;超寬帶無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)及發(fā)展[J];電信科學(xué);2001年11期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 賈麗萍;石墨烯基復(fù)合材料的制備及其在電化學(xué)分析中的應(yīng)用[D];蘇州大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 金葉;旋涂法制備的PMMA薄膜的電學(xué)特性和光學(xué)特性的研究[D];大連理工大學(xué);2015年

本文編號(hào)：2590962