[发明专利]基于量子限制斯塔克效应的光开关

说明书

一种基于量子限制斯塔克效应的光开关，其特征在于，在石英衬底上刻蚀交叉指型电极，交叉电极之间沉积有序取向的II‑VI族半导体纳米片(NPLs)层，其中主要通过液‑液界面自组装，控制油酸/二甘醇(OA/DEG)溶液中油酸的比例，使得纳米片面朝下，两侧边缘分别朝向正负电极，从而增强量子限制斯塔克效应，实现光开关的高对比度。本发明是基于量子限制斯塔克效应的全光开关，设计原理清晰，结构简单，偏振无依赖，高开关比，实现高性能光开关。

技术领域

本发明属于光电开关技术领域，尤其是一种基于量子限制斯塔克效应的光开关。

背景技术

信息互联网时代的飞速发展，对光通信技术的信息存储、传输速率、可靠性提出了更高的要求。光开关作为集成光学系统基本单元器件之一，在芯片内的信息互连、数据远距离传输、网络之间的光信号交换等领域发挥十分重要的作用。此外，光开关还是实现光子计算机和量子计算机的基石，它的性能往往决定了整个系统性能的上限。因此，实现具有高速率、低功耗、高对比度、小尺寸等特性的高性能光开关至关重要。目前，这些光开关大多采用电光控制的光开关，网络中的各个节点频繁的光/电和电/光转换，存在串话、高损耗、传输速率受限等缺点。实现全光开关，即光控开光，是实现全光信号处理技术，突破“电子瓶颈”的重要基本单元器件，在通讯网络中具有很大的价值应用。

随着工业生产对于器件集成度需求的提升,以普通三维材料为基础的器件已经难以达到应用要求,低维半导体器件的兴起将有望解决这个问题。许多低维半导体纳米材料由于特殊的空间结构，能级分布在特定波段发生显著的非线性光学变化，从而广泛应用于非线性光学领域。准零维量子点材料、准一维纳米线材料和二维纳米材料都存在一系列丰富的相关特性。其中，量子限制斯塔克效应的物理起源是在外电场的作用下，量子阱结构中电子-空穴之间的库仑力相互作用形成内建电场，在内外电场共同作用下，导致能带结构的畸变，吸收边移动等现象。基于量子限制斯塔克效应的量子点非线性光开关行为，具有皮秒量级的开关时间，并且不受输入光信号的偏振模式影响。但是基于量子点的全光开关，对于光的滤波效果不显著，光开关比不大，可靠性降低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有量子点光开关的缺点和不足，提出了一种基于量子限制斯塔克效应的光开关。该光开关为纳米片，开关调制深度优于基于量子点的光开关的调制深度，且具有高开关比、偏振无依赖、结构简单等特性。

本发明的一种基于量子限制斯塔克效应的光开关的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

步骤1，在石英衬底上刻蚀交叉指型电极；

对石英衬底烘烤脱水，在石英衬底上涂光刻胶，用掩膜版挡住衬底进行曝光、显影，用高真空镀膜机镀镀多金属膜；清洗掉光刻胶得到周期性的电极结构，即交叉指型电极，交叉指型电极的两侧有金属线引出端，用于连接外部电压的正负极。

步骤2，在交叉电极之间沉积有序取向的II-VI族半导体纳米片(NPLs)层，所述II-VI族半导体纳米片为CdSe/CdS纳米片，且为核/壳异质结构的CdSe/CdS纳米片。

进一步的，步骤2中核/壳异质结构的CdSe/CdS纳米片的制备过过程如下：

步骤2.1，CdSe核纳米片的制备；

Se前驱体的制备：粉和十八烯加入玻璃瓶中；用聚四氟乙烯塞封口密封，超声后得到Se粉悬浊液体。

Cd前驱体的制备：氧化镉、油酸和十八烯加入三口烧瓶；磁力搅拌的条件下，通入氩气进行鼓泡除气，升温至240℃，直至溶液从浑浊变成无色透明，再降温至60℃；将透明前驱体溶液转移至玻璃取样瓶中，用聚四氟乙烯塞封口密封，通入氩气除气。

S前驱体的制备：辛硫醇和十八烯加入玻璃取样瓶；用聚四氟乙烯塞封口密封，通入氩气除气，摇晃使充分混合。