[发明专利]基于石墨烯/氮化硼异质结构的太赫兹调制器及制备方法

说明书

本发明提供了一种基于石墨烯/氮化硼异质结构的太赫兹调制器及制备方法，太赫兹波调制器包括从下往上依次设置的p型硅衬底、氮化硼薄膜、石墨烯薄膜以及红外激光束，与常规石墨烯薄膜修饰的太赫兹调制器相比，氮化硼薄膜可以极大增加石墨烯薄膜的载流子迁移率，石墨烯/氮化硼异质结构与单层石墨烯修饰硅结构相比，具有远高于石墨烯修饰硅的载流子迁移率，在相同功率激光的照射下，以氮化硼作为绝缘层的太赫兹调制器内部载流子迁移率更高，通过氮化硼与石墨烯两者的共同作用，在红外光激光激励下提高太赫兹波的光调制深度和速度，对于太赫兹波的调制能力更强。

技术领域

本发明属于太赫兹波应用技术领域，涉及太赫兹波调制器及其制备方法，具体涉及一种基于石墨烯/氮化硼异质结构的太赫兹调制器及制备方法。

背景技术

太赫兹波（THz Wave）是一种介于微波和红外光之间的电磁波, 在安全检查、高速通信、无损成像等领域具有巨大的应用前景。太赫兹波调制器是对太赫兹波的强度或者相位进行可控调制的电子器件，在很多太赫兹波技术中具有重要的作用。对于低速、宽频和低损耗的太赫兹波调制器应用，如太赫兹压缩感知成像所使用的太赫兹空间调制器，利用半导体（如硅，锗等）光生载流子的产生和复合的动态过程对太赫兹波进行调制是一个不错的选择。在激光照射时，大量光生载流子在半导体内部产生；而激光关断后，光生载流子发生快速复合。这个过程中，调制激光造成载流子浓度随时间的起伏，从而造成材料在太赫兹波段的复介电常数发生相应的随时间的改变。根据Drude模型可以计算出由于半导体载流子浓度变化引起的材料的复介电常数的变化，从而造成的透射太赫兹波的强度和相位发生的变化。然而半导体中，激光激发的效率较低，造成对光调制深度较小，影响实际应用，目前迫切需要提高半导体对太赫兹波的光调制深度和速度。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于石墨烯/氮化硼异质结构的太赫兹调制器及制备方法，可以提高太赫兹波的光调制深度和速度。为实现上述目的，本发明提供了一种基于石墨烯/氮化硼异质结构的太赫兹调制器，所述太赫兹波调制器包括从下往上依次设置的p型硅衬底、氮化硼薄膜、石墨烯薄膜以及红外激光束。

优选地，所述氮化硼薄膜由六方氮化硼组成。

优选地，所述红外激光束输出的激光波长为600-1100nm。

优选地，所述P型硅衬底电阻率为10-30 Ω•cm，所述P型硅衬底厚度为400-600μm。

优选地，所述石墨烯薄膜电阻率为100-3000Ω•cm。

本发明还提供了一种基于石墨烯/氮化硼异质结构的太赫兹调制器制备方法，包括：

步骤1：将电阻率介于10-30 Ω•cm的单氧化层p型硅片（100）切割为10mm×10mm的方片，并依次用丙酮、酒精、去离子水在超声中清洗干净，使用氮气吹干,得到洁净硅片；

步骤2：转移氮化硼薄膜：将由CVD法得到的带有氮化硼薄膜的铜基底剪裁为9mm×9mm大小，在生长有氮化硼薄膜的一面旋涂一层PMMA，然后放入1mol/L的FeCl3溶液中腐蚀铜基底，静置3小时后，观察到溶液表面漂浮一层透明状薄膜即（PMMA），即证明腐蚀完成，将带氮化硼薄膜的PMMA采用去离子水冲洗数次，并转移至步骤1得到的洁净P型硅基片上，最后使用丙酮去除氮化硼薄膜表面的PMMA，完成氮化硼薄膜的转移；

步骤3：转移石墨烯薄膜：将CVD法得到的带石墨烯薄膜的铜基底剪裁为8mm×8mm 大小，在生长有石墨烯薄膜的一面旋涂一层PMMA，然后放入1mol/L的FeCl3溶液中腐蚀铜基底，静置5小时后，观察到溶液表面漂浮一层透明状薄膜即（PMMA），即证明腐蚀完成，将带石墨烯薄膜的PMMA采用去离子水冲洗数次，并转移至步骤2得到的氮化硼薄膜上，最后使用丙酮去除石墨烯薄膜表面的PMMA，完成石墨烯薄膜的转移，即制备得基于石墨烯/氮化硼异质结构的太赫兹调制器。