[发明专利]一种片上集成改变石墨烯能带的结构及其制备方法

权利要求书

1.一种片上集成改变石墨烯能带的结构，其包括：

衬底(10)，其宽度、长度和高度方向分别定义为第I方向、第II方向和第III方向；

形成于所述衬底(10)表面上的高折射率光波导层(201)以及未被所述高折射率光波导层(201)覆盖的衬底(10)表面上的第一低折射率材料层(301)；

形成于所述高折射率光波导层(201)与所述第一低折射率材料层(301)表面上的第一氮化硼材料层(202)；

形成于所述第一氮化硼材料层(202)表面上的石墨烯材料层(203)；

形成于所述石墨烯材料层(203)表面上的第二氮化硼材料层(204)；

形成于所述第二氮化硼材料层(204)表面上的第二低折射率材料层(302)；

形成于所述第二低折射率材料层(302)表面上的金属热电极(401)；以及

光输入端和光输出端；

其中，所述第I方向上具有相对设置的第一端和第二端；所述光输入端与所述第一端连接，所述光输出端与所述第二端连接；

所述高折射率光波导层(201)的折射率为1.9-4.2；

所述第一低折射率材料层(301)和第二低折射率材料层(302)的折射率相同或不相同，各自独立地为1.2-1.8。

2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述高折射率光波导层(201)的材料包括砷化镓、锗、硅和氮化硅中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述高折射率光波导层(201)的厚度为150-1000nm，所述高折射率光波导层(201)在所述第II方向上的长度为450-800nm。

4.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述石墨烯材料层(203)包括单层或多层石墨烯；所述石墨烯材料层(203)的厚度为0.35-3.5nm。

5.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述第一低折射率材料层(301)和所述第二低折射率材料层(302)的材料相同或不相同，各自独立地包括二氧化硅、氮化硼和氮化硅中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述金属热电极(401)的材质包括铬、氮化钛和氮化坦中的一种或多种；所述金属热电极(401)与所述高折射率光波导层(201)在所述第III方向上的距离为500-5000nm。

7.一种根据权利要求1-6中任意一项所述的片上集成改变石墨烯能带的结构的制备方法，其包括如下步骤：

在所述衬底(10)的表面上形成高折射率光波导层(201)；

在未被所述高折射率光波导层(201)覆盖的衬底(10)表面上以及所述高折射率光波导层(201)的表面上沉积第一低折射率材料层(301)；

在所述高折射率光波导层(201)与所述第一低折射率材料层(301)表面上形成第一氮化硼材料层(202)；在所述第一氮化硼材料层(202)表面上形成石墨烯材料层(203)；在所述石墨烯材料层(203)表面上形成第二氮化硼材料层(204)；

在所述第二氮化硼材料层(204)表面上沉积第二低折射率材料层(302)；

在所述第二低折射率材料层(302)表面上沉积金属热电极(401)。

8.一种片上集成改变石墨烯能带的方法，其采用根据权利要求1-6中任意一项所述的片上集成改变石墨烯能带的结构或根据权利要求7所述的制备方法制备的片上集成改变石墨烯能带的结构，所述方法包括：

将耦合光经所述光输入端进入所述高折射率光波导层(201)；

对所述金属热电极(401)施加电流，使得所述石墨烯材料层(203)中的石墨烯在所述第二低折射率材料层(302)由于所述金属热电极(401)的热作用下形变而产生的压力下发生能带的改变；

根据所述光输出端与所述光输入端之间的光强度大小变化，确定所述石墨烯材料层(203)中石墨烯能带的改变程度。