太赫茲（Terahertz,簡稱THz）波由于在電磁波譜中處于電子學(xué)與光子學(xué)的過渡區(qū)域,具有許多優(yōu)良的性質(zhì)如寬帶性、低能量性、相干性好等,在無線通信、安檢、無損探測、醫(yī)學(xué)成像、武器制導(dǎo)等諸多方面有著廣闊的應(yīng)用前景。其中,太赫茲成像技術(shù)是當(dāng)前太赫茲波研究領(lǐng)域的熱點(diǎn),高效率的太赫茲調(diào)制器是提高成像水平的關(guān)鍵因素之一。在現(xiàn)有的太赫茲調(diào)制器件當(dāng)中,硅基全光控太赫茲調(diào)制器由于具有結(jié)構(gòu)簡單、便于高密度集成以及其制造技術(shù)與現(xiàn)有的CMOS工藝相兼容等優(yōu)勢而備受關(guān)注。半導(dǎo)體硅對波長400¹100 nm范圍內(nèi)的激光反射率高達(dá)40%⁶0%,其較低的激光利用率不但降低了器件的調(diào)制深度,反射的激光也會對應(yīng)用系統(tǒng)帶來干擾和噪聲�；诖�,本文主要圍繞著怎樣提高硅基光控太赫茲調(diào)制器的調(diào)制深度和提高泵浦激光利用率兩個方面進(jìn)行了研究,研究了硅表面微納米結(jié)構(gòu)以及表面鈍化工藝技術(shù)對其調(diào)制性能的影響,并通過太赫茲成像實驗驗證了器件的調(diào)制性能。主要的工作包括:首先,研究了硅表面微結(jié)構(gòu)對調(diào)制器性能的影響。通過化學(xué)刻蝕的方法在硅片上制備具有微米量級金字塔結(jié)構(gòu)的黑硅,而黑硅對波長在400

【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：65 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

太赫茲波在電磁波譜中的位置

第一章緒論3控的設(shè)計方案，使用歐姆接觸與肖特基接觸來調(diào)節(jié)載流子濃度在襯底上的分布。如圖1-2所示，襯底中的高濃度載流子在未加電的情況下將諧振開口位置導(dǎo)通，且人工微結(jié)構(gòu)此時不會產(chǎn)生LC振蕩。隨著外加偏壓的增大，開口處的電子被置于負(fù)偏壓下，諧振開口處斷開，形成了LC振蕩。利用電控的方式，最終實現(xiàn)了在0.72THz處的50%調(diào)制深度。然而，這種電控方法的缺點(diǎn)是，該調(diào)制器的寄生電容較大，最后只有幾KHz的調(diào)制速率。圖1-2基于超材料的電控THz調(diào)制器示意圖。(a)器件模型；(b)肖特基二極管模型；(c)電壓調(diào)控示意圖[16]2009年，H.T.Chen等人發(fā)表了關(guān)于相位調(diào)制的電控太赫茲調(diào)制器的文章[17]，使用人工微結(jié)構(gòu)和摻雜GaAs結(jié)合的方式，利用電壓信號來控制載流子濃度的分布以達(dá)到控制人工微結(jié)構(gòu)諧振特性變化的目的，如圖1-3所示。和以前的調(diào)幅方案不同，該篇文章的研究重點(diǎn)是電壓變化如何影響太赫茲波的相位變化情況。通過優(yōu)化設(shè)計人工微結(jié)構(gòu)之后，最后得到了30°的相位調(diào)制和80%的幅度調(diào)制，且預(yù)測最大調(diào)制速率高達(dá)2MHz，與之前的實驗結(jié)果相比，這是一個極大的提升。該科研團(tuán)隊同時還提出了利用多層復(fù)合結(jié)構(gòu)以此來實現(xiàn)更好的相位調(diào)制效果，最終實現(xiàn)了360°的相位變化，初步滿足了現(xiàn)代無線通信的需求。

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文4圖1-3H.T.Chen等人發(fā)表的電控太赫茲相位調(diào)制器[17]2009年，T.Driscoll等人研究了基于VO2的太赫茲溫控調(diào)制器，相關(guān)研究成果發(fā)表在Science上。在這篇文章中，通過結(jié)合人工微結(jié)構(gòu)和VO2薄膜的方式來對諧振頻率點(diǎn)進(jìn)行調(diào)控，如圖1-4所示，因為VO2具有溫度相變的特性，加熱VO2薄膜，可以使VO2產(chǎn)生由半導(dǎo)態(tài)到金屬態(tài)的相變[18]。在加熱的過程中，VO2薄膜的電導(dǎo)率以及介電常數(shù)會不斷地發(fā)生變化。因為諧振頻率是由等效電感以及等效電容決定，而加熱過程中VO2薄膜介電常數(shù)的變化會導(dǎo)致等效電容的變化，最終會導(dǎo)致諧振頻率的變化。隨著VO2薄膜加熱溫度的變化，該調(diào)制器可以達(dá)到20%的頻率偏移。另外，電導(dǎo)率的改變還會影響整個頻段上的太赫茲波透射率。圖1-4基于VO2的太赫茲溫控調(diào)制器[18]2012年，美國圣母大學(xué)的B.S.Rodriguez等人通過石墨烯薄膜的電控方式來對太赫茲波進(jìn)行了調(diào)控，相關(guān)的研究結(jié)果在NatureCommunications上得以發(fā)表[19]。如圖1-5所示，該篇文獻(xiàn)中通過單層石墨烯薄膜來制備基于石墨烯的太赫茲電控調(diào)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]S-4700型掃描電子顯微鏡的結(jié)構(gòu)與操作注意事項[J]. 徐凌云.  分析儀器. 2016(01)
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碩士論文
[1]硅基全光控太赫茲波幅度調(diào)制器的研究[D]. 田偉.電子科技大學(xué) 2015
[2]太赫茲時域光譜技術(shù)研究及應(yīng)用[D]. 孟坤.中國工程物理研究院 2011



本文編號：3459213