石墨烯具有高載流子遷移率、寬帶吸收、透明等屬性,使其成為一種極具發(fā)展前景的光電材料,可用于開發(fā)高速可調(diào)的CMOS兼容硅基光源和調(diào)制器。本課題針對石墨烯的電光可調(diào)特性做了深入研究,并以此為基礎在電吸收調(diào)制器、納米天線增強硅波導調(diào)制器以及高速可調(diào)的MIS隧穿光源等方向開展了系統(tǒng)的研究工作。研究的主要內(nèi)容及創(chuàng)新點可以概括為以下幾點:1.提出了一種新型的混合SPP波導調(diào)制器,與傳統(tǒng)SPP波導調(diào)制器相比,水平放置的波導結構,使得SPP波導中光模式的電場分量主要分布在石墨烯面內(nèi),實現(xiàn)光與石墨烯相互作用的增強。最終實現(xiàn)了400 GHz調(diào)制速率,1.6μm2緊湊尺寸的電吸收調(diào)制器。2.提出一種新型的超薄金屬貼片增強的電光調(diào)制器。該設計結合了波導TE模式與超薄金屬貼片天線的兩個邊長均能有效耦合的特征,實現(xiàn)了使用較少天線個數(shù)便可提供強局域等離子體共振,且諧振模式的場分量主要分布在石墨烯面內(nèi),增強了光-石墨烯相互作用。最終實現(xiàn)了400 GHz調(diào)制速率,0.5 f J/bit的能耗以及500 nm的調(diào)制器長度。3.提出了一種納米天線增強的石墨烯電極的MIS隧穿結光源,解決了因非彈性隧穿電子占比低導致的低內(nèi)部量...

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【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1. 研究背景
        1.1.1. 電互連面臨的挑戰(zhàn)
        1.1.2. 硅基光電集成帶來的機遇與挑戰(zhàn)
        1.1.3. 石墨烯在光電集成應用中扮演的角色
    1.2. 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1. 石墨烯在光源應用中的研究現(xiàn)狀
        1.2.2. 石墨烯在調(diào)制器應用中的研究現(xiàn)狀
    1.3. 研究內(nèi)容與行文安排
    參考文獻
第2章 石墨烯的建模與調(diào)控
    2.1. 引言
    2.2. 石墨烯的 2D以及 3D電磁模型
        2.2.1.2D表面阻抗模型
        2.2.2.3D介電常數(shù)以及等效折射率電磁模型
    2.3. 石墨烯的調(diào)控/摻雜方式
    參考文獻
第3章 石墨烯電光調(diào)制器的基礎研究
    3.1. 引言
    3.2. 理論基礎
        3.2.1. 關鍵指標
        3.2.2. 調(diào)制機制
    3.3. 電致吸收調(diào)制器的設計
        3.3.1. 問題描述
        3.3.2. 電光調(diào)制器結構及尺寸
        3.3.3. 電致吸收調(diào)制器性能指標
        3.3.4. 小結
    3.4. 超薄金屬貼片增強電光調(diào)制器的設計
        3.4.1. 問題描述
        3.4.2. 器件描述以及尺寸
        3.4.3. 性能指標
        3.4.4. 小結
    3.5. 納米金屬棒天線增強電光調(diào)制器的設計
        3.5.1. 問題描述
        3.5.2. 器件描述以及尺寸
        3.5.3. 器件性能
        3.5.4. 小結
    參考文獻
第4章 石墨烯在非彈性量子隧穿光源上的基礎研究
    4.1. 引言
    4.2. 理論基礎光源的性能參數(shù)
    4.3. 納米天線增強的MIS量子隧穿光源
        4.3.1. 問題描述
        4.3.2. 器件描述以及尺寸
        4.3.3. 器件性能
        4.3.4. 小結
    4.4. 石墨烯電極的MIS隧穿結光源
        4.4.1. 問題描述
        4.4.2. 器件結構以及尺寸
        4.4.3. 器件性能指標
        4.4.4. 小結
    參考文獻
第5章 總結與展望
    5.1. 全文總結
    5.2. 未來工作展望
致謝
攻讀博士學位期間發(fā)表論文與專利
攻讀博士學位期間所參加研究課題



本文編號：3744509