[发明专利]太赫兹调制器及其制备方法

说明书

本发明公开一种太赫兹调制器及其制备方法。太赫兹调制器包括衬底、缓冲层、异质结外延层。异质结外延层上形成有多列高电子迁移率晶体管，每列的高电子迁移率晶体管之间相互串联，所有列的高电子迁移率晶体管的欧姆电极连接有第一引线电极，每相邻两列的高电子迁移率晶体管的栅极相互连接。本发明通过栅极调控每列相邻两个欧姆电极之间的沟道电导来实现复合超颖表面结构在共振超颖表面与线栅之间的转换。对于偏振方向平行于线栅栅条的太赫兹波，共振超颖表面在低于电偶极共振频率范围内具有高透射率，而具有高电导率的线栅却禁止具有该偏振的太赫兹波透过，由于线栅本身所具有的宽带特性，该器件能实现宽带且高效的太赫兹调制。

技术领域

本发明属于太赫兹器件技术领域，具体地讲，涉及一种太赫兹调制器及其制备方法。

背景技术

太赫兹波(Terahertz wave)是人类尚未大规模应用的一段电磁频谱资源，其处于宏观电子学向微观光子学过渡区域。太赫兹波的光子能量与固体中的声子、等离激元等元激发能量，与气体分子和有机分子的转动、振动能量，与大分子中的氢键能量相当，蕴含着丰富的物理、化学和结构信息，在材料、信息、生物医学和天文领域具有重要的科学和应用价值，同时也是下一代信息产业的科学技术重要基础之一。因而，太赫兹科学与技术的发展对国民经济、工业制造以及国防建设具有重大意义。现阶段，室温工作、微型可集成的高效固态太赫兹器件是太赫兹技术发展的主要技术瓶颈。

太赫兹无线通信是太赫兹技术领域最重要的应用方向之一，近几年受到世界各发达国家的高度重视。其主要原因在于，太赫兹通信系统与微波通信、光纤通信和光无线通信相比，具有无可替代的优势。例如，与微波通信相比，太赫兹能提供更大的带宽、更高的传输速度，且天线尺寸将会更小，非常适合于卫星间通信；太赫兹可提供多路数据传输，其作用范围大于视距红外传输；无线光通信的损耗来自于云、雨、尘埃等的散射和吸收，且频率越高散射越强，而相对于无线光通信，太赫兹的粒子散射要小得多，故太赫兹通信可作为光通信链路的备用系统，尤其是在浓烟和沙尘环境下依然能保持近距离宽带通信。太赫兹无线通信技术一些较为重要的应用包括为卫星间星际通信、短程大气通信和短程地面无线局域网等。

太赫兹调制器是太赫兹通信系统中最为关键的核心器件之一，已经成为太赫兹科学技术研究领域的难点和热点。现有的技术方案主要是基于器件有源区自由载流子的太赫兹辐射吸收，如有源区为掺杂半导体、二维电子气(2DEG)、石墨烯和相变功能材料等。其实现手段为利用外部光激发(如光生载流子)、电调控(如场效应)或者温度变化(如相变)来改变有源区的电导率或者部分电导率而引起电磁共振结构(如metameterials)共振特性的变化，以此来达到调控太赫兹波的目的。例如在掺杂半导体外延层上制作超材料形成肖特基二极管结构，通过电压调节劈裂环共振器(Split-Ring Resonator，SRR)结构单元缝隙附近的半导体衬底层载流子浓度来改变共振强度，故在共振频点的太赫兹波透射强度可以通过电调制实现。另外一种复合超材料结构是将高电子迁移率晶体管(HEMT)集成在SRR的缝隙处，通过栅极电压改变沟道的电导率来短路或维持SRR的电容，进而使得器件在共振和非共振状态之间转换。

现有技术的太赫兹调制器调制深度普遍不高，最高的也只能达50％，也就是说这些器件的有源区太赫兹吸收效率、调制速度不高(最高调制速度为10MHz)，而高速调制是调制器最重要的性能指标之一。即使有的超材料器件能获得较高调制深度，但由于其共振特性，器件也只能窄带工作，需要对不同载波设计相应的超材料结构。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种实现复合超颖表面在共振超颖表面与线栅之间的转换的太赫兹调制器及其制备方法。