[发明专利]一种基于二维异质结的太赫兹波主动调制器及其制备方法

说明书

本发明属于无线通信领域，具体涉及一种基于二维异质结的太赫兹波主动调制器及其制备方法。太赫兹波主动调制器包括六方氮化硼，六方氮化硼的两侧面分别设置有第一石墨烯条带和第二石墨烯条带，第一石墨烯条带和第二石墨烯条带为周期性排布的石墨烯条带，第二石墨烯条带铺设在聚二甲基硅氧烷柔性衬底上，由于石墨烯条带和六方氮化硼为超薄厚度和材料本身的柔软弯曲特性以及聚二甲基硅氧烷柔性衬底的透明柔软特性，该太赫兹波主动调制器可应用于柔性穿戴设备。第一石墨烯条带上方设置有离子液体栅极，实现对石墨烯费米能级的电压调控。该太赫兹波调制器的动态调控且调制速率快。

技术领域

本发明属于无线通信领域，具体涉及一种基于二维异质结的太赫兹波主动调制器及其制备方法。

背景技术

信息技术的快速发展对无线通信带宽的需求极速增加，因此可以提供带宽频谱的太赫兹通信技术成为当前的研究热点。太赫兹波(0.1-10THz范围内的电磁辐射)能够提供高达10THz的巨大带宽，为实现目前通信市场上亟需的几百Gbit/s甚至Tbit/s的无线通信技术提供了新的途径，能够极大缓减无线通信频段的拥挤问题。太赫兹波作为通信系统载体具有传输速度快、带宽大、抗干扰性强等优点，受到了国内外相关研究单位的高度关注，目前国际电信联盟已经指定将0.12THz、0.22THz、0.28THz和0.42THz等频段用于下一代的地面无线通信和空间卫星通信。随着太赫兹波技术的快速发展，太赫兹波源和太赫兹波探测的问题得到了较好的解决，但太赫兹波调制器作为太赫兹波通信的关键功能器件，仍面临着动态调制带宽窄和调制速率低等瓶颈问题。

太赫兹波调制通常是通过外加激励(电、光、磁以及温度等)改变介质的电导率和折射率等达到调制太赫兹波的目的，但自然界的大多数材料对太赫兹波的电磁响应很弱，而已有的微波和光学响应器件又很难直接应用到太赫兹波段，导致对太赫兹波的调制十分困难。目前，太赫兹波调制器通常是基于贵金属和半导体材料，但存在调制深度小和调制速率低等问题：(1)贵金属超材料结构受到器件自身电容、回路振荡及能量耗散的影响，调制速率和调制深度的提高受到制约；(2)基于硅、锗、砷化镓等传统材料的调制器通常是基于干涉、谐振和带隙吸收实现调制，调制深度很小且材料中自由载流子较慢的复合速率导致调制器调制速率很低；(3)绝大部分金属和半导体材料器件都是基于静态设计,即一旦被制备其性能也就确定,无法根据需求进行实时的主动调控；(4)基于相变材料二氧化钒的太赫兹波调制器具有较大的调制深度和调制带宽，但由于其温度依赖特性使得调制速率较低。因此，寻找新的材料并发展新的太赫兹波调制技术和器件，从根本上解决调制深度小、调制速率低以及动态调制带宽窄等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种基于二维异质结的太赫兹波主动调制器及其制备方法，该调制器动态调制范围广，调制速率快，可应用于柔性穿戴设备。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于二维异质结的太赫兹波主动调制器，包括六方氮化硼，六方氮化硼的两侧面分别设置有第一石墨烯条带和第二石墨烯条带，第一石墨烯条带和第二石墨烯条带为周期性排布的石墨烯条带，第二石墨烯条带铺设在聚二甲基硅氧烷柔性衬底上，第一石墨烯条带上方设置有离子液体栅极。

第一石墨烯条带的参数与第二石墨烯条带的参数相同。

第一石墨烯条带为单层石墨烯。

第一石墨烯条带的石墨烯条带排布带周期为3μm，石墨烯条带宽度在0.5μm-2.5μm之间。

第一石墨烯条带的石墨烯条带宽度为2.5μm。

第一石墨烯条带的石墨烯条带为立方体结构。

六方氮化硼的厚度为100nm。

聚二甲基硅氧烷柔性衬底厚度为300μm。

一种基于二维异质结的太赫兹波主动调制器的制备方法，包括以下步骤：