本實(shí)用新型涉及太赫茲波開關(guān)，尤其涉及一種基于二硫化鉬薄膜結(jié)構(gòu)太赫茲波開關(guān)。

背景技術(shù)：

太赫茲技術(shù)是二十世紀(jì)80年代末發(fā)展起來的一種新技術(shù)。太赫茲波獨(dú)特的頻率范圍(位于微波頻段和光頻段之間)覆蓋了多數(shù)大分子物質(zhì)的分子振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)光譜，因此多數(shù)大分子物質(zhì)在太赫茲頻段無論其吸收譜、反射譜還是發(fā)射譜都具有明顯的指紋譜特性，這一點(diǎn)是微波所不具備的。太赫茲脈沖光源與傳統(tǒng)光源相比具有很多獨(dú)特的性質(zhì)，如：瞬態(tài)性、寬帶性、相干性、低能性等，這些特點(diǎn)決定了太赫茲技術(shù)在很多基礎(chǔ)研究領(lǐng)域、工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、通信領(lǐng)域以及生物領(lǐng)域中有相當(dāng)重要的應(yīng)用前景。因此太赫茲技術(shù)以及太赫茲器件的研究逐漸成為世界范圍內(nèi)廣泛研究的熱點(diǎn)。

太赫茲系統(tǒng)主要由輻射源、探測(cè)器件和各種功能器件組成。在實(shí)際應(yīng)用中，由于應(yīng)用環(huán)境噪聲以及應(yīng)用需要的限制等，需控制太赫茲波系統(tǒng)中的太赫茲波的通斷，因而太赫茲波開關(guān)在實(shí)際中有重要的應(yīng)用。當(dāng)前國內(nèi)外研究的并提出過的太赫茲波開關(guān)結(jié)構(gòu)主要基于光子晶體、超材料等結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)往往很復(fù)雜，而且在實(shí)際制作過程中困難重重，成本較高，對(duì)加工工藝和加工環(huán)境要求也高。所以迫切需要提出結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、便于加工制作的太赫茲波開關(guān)來支撐太赫茲波應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提供一種基于二硫化鉬薄膜結(jié)構(gòu)太赫茲波開關(guān)，技術(shù)方案如下：

基于二硫化鉬薄膜結(jié)構(gòu)太赫茲波開關(guān)包括基底層、二氧化硅層、左側(cè)矩形二硫化鉬薄膜、開口環(huán)形二硫化鉬薄膜、右側(cè)矩形二硫化鉬薄膜、信號(hào)輸入端、信號(hào)輸出端；基底層的上層為二氧化硅層，二氧化硅層的上層鋪有左側(cè)矩形二硫化鉬薄膜、開口環(huán)形二硫化鉬薄膜、右側(cè)矩形二硫化鉬薄膜，左側(cè)矩形二硫化鉬薄膜、開口環(huán)形二硫化鉬薄膜、右側(cè)矩形二硫化鉬薄膜自左向右分布在二氧化硅層上，左側(cè)矩形二硫化鉬薄膜的左端與二氧化硅層的左側(cè)相連，右側(cè)矩形二硫化鉬薄膜的右端與二氧化硅層的右側(cè)相連，左側(cè)矩形二硫化鉬薄膜的左端設(shè)有信號(hào)輸入端，右側(cè)矩形二硫化鉬薄膜的右端設(shè)有信號(hào)輸出端；太赫茲信號(hào)從信號(hào)輸入端輸入，從信號(hào)輸出端輸出，開口環(huán)形二硫化鉬薄膜與基底之間設(shè)有一個(gè)的偏置直流電壓源，調(diào)節(jié)外加偏置直流電壓源的電壓會(huì)改變開口環(huán)形二硫化鉬薄膜的有效介電常數(shù)，從而可以控制太赫茲波的傳輸?shù)耐〝?，?shí)現(xiàn)開關(guān)效果。

所述的基底層的材料為P型硅材料，長度為12～14μm，寬度為5～7μm，厚度為2～4μm。所述的二氧化硅層的長度為12～14μm，寬度為5～7μm，厚度為2～4μm。所述的左側(cè)矩形二硫化鉬薄膜與右側(cè)矩形二硫化鉬薄膜的尺寸相同，長度均為2～4μm，寬度均為1～2μm。所述的開口環(huán)形二硫化鉬薄膜的外圓半徑為3～4μm，內(nèi)圓半徑為1～3μm，開口部分的圓心角為30°。所述的左側(cè)矩形二硫化鉬薄膜與開口環(huán)形二硫化鉬薄膜、右側(cè)矩形二硫化鉬薄膜與開口環(huán)形二硫化鉬薄膜之間的距離均為0.1～0.3μm。

附圖說明：

圖1是基于二硫化鉬薄膜結(jié)構(gòu)太赫茲波開關(guān)的三維結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是基于二硫化鉬薄膜結(jié)構(gòu)太赫茲波開關(guān)的俯視圖；

圖3是實(shí)例1中二硫化鉬薄膜結(jié)構(gòu)太赫茲波開關(guān)處于“關(guān)”狀態(tài)時(shí)的表面電場(chǎng)強(qiáng)度分布圖；

圖4是實(shí)例1中二硫化鉬薄膜結(jié)構(gòu)太赫茲波開關(guān)處于“開”狀態(tài)時(shí)的表面電場(chǎng)強(qiáng)度分布圖。

具體實(shí)施方式

如圖1～2所示，基于二硫化鉬薄膜結(jié)構(gòu)太赫茲波開關(guān)包括基底層1、二氧化硅層2、左側(cè)矩形二硫化鉬薄膜3、開口環(huán)形二硫化鉬薄膜4、右側(cè)矩形二硫化鉬薄膜5、信號(hào)輸入端6、信號(hào)輸出端7；基底層1的上層為二氧化硅層2，二氧化硅層2的上層鋪有左側(cè)矩形二硫化鉬薄膜3、開口環(huán)形二硫化鉬薄膜4、右側(cè)矩形二硫化鉬薄膜5，左側(cè)矩形二硫化鉬薄膜3、開口環(huán)形二硫化鉬薄膜4、右側(cè)矩形二硫化鉬薄膜5自左向右分布在二氧化硅層2上，左側(cè)矩形二硫化鉬薄膜3的左端與二氧化硅層2的左側(cè)相連，右側(cè)矩形二硫化鉬薄膜5的右端與二氧化硅層2的右側(cè)相連，左側(cè)矩形二硫化鉬薄膜3的左端設(shè)有信號(hào)輸入端6，右側(cè)矩形二硫化鉬薄膜5的右端設(shè)有信號(hào)輸出端7；太赫茲信號(hào)從信號(hào)輸入端6輸入，從信號(hào)輸出端7輸出，開口環(huán)形二硫化鉬薄膜4與基底1之間設(shè)有一個(gè)的偏置直流電壓源，調(diào)節(jié)外加偏置直流電壓源的電壓會(huì)改變開口環(huán)形二硫化鉬薄膜4的有效介電常數(shù)，從而可以控制太赫茲波的傳輸?shù)耐〝?，?shí)現(xiàn)開關(guān)效果。

所述的基底層1的材料為P型硅材料，長度為12～14μm，寬度為5～7μm，厚度為2～4μm。所述的二氧化硅層2的長度為12～14μm，寬度為5～7μm，厚度為2～4μm。所述的左側(cè)矩形二硫化鉬薄膜3與右側(cè)矩形二硫化鉬薄膜5的尺寸相同，長度均為2～4μm，寬度均為1～2μm。所述的開口環(huán)形二硫化鉬薄膜4的外圓半徑為3～4μm，內(nèi)圓半徑為1～3μm，開口部分的圓心角為30°。所述的左側(cè)矩形二硫化鉬薄膜3與開口環(huán)形二硫化鉬薄膜4、右側(cè)矩形二硫化鉬薄膜5與開口環(huán)形二硫化鉬薄膜4之間的距離均為0.1～0.3μm。

實(shí)施例1

基于二硫化鉬薄膜結(jié)構(gòu)太赫茲波開關(guān)：

如圖1～2所示，基于二硫化鉬薄膜結(jié)構(gòu)太赫茲波開關(guān)包括基底層1、二氧化硅層2、左側(cè)矩形二硫化鉬薄膜3、開口環(huán)形二硫化鉬薄膜4、右側(cè)矩形二硫化鉬薄膜5、信號(hào)輸入端6、信號(hào)輸出端7；基底層1的上層為二氧化硅層2，二氧化硅層2的上層鋪有左側(cè)矩形二硫化鉬薄膜3、開口環(huán)形二硫化鉬薄膜4、右側(cè)矩形二硫化鉬薄膜5，左側(cè)矩形二硫化鉬薄膜3、開口環(huán)形二硫化鉬薄膜4、右側(cè)矩形二硫化鉬薄膜5自左向右分布在二氧化硅層2上，左側(cè)矩形二硫化鉬薄膜3的左端與二氧化硅層2的左側(cè)相連，右側(cè)矩形二硫化鉬薄膜5的右端與二氧化硅層2的右側(cè)相連，左側(cè)矩形二硫化鉬薄膜3的左端設(shè)有信號(hào)輸入端6，右側(cè)矩形二硫化鉬薄膜5的右端設(shè)有信號(hào)輸出端7；太赫茲信號(hào)從信號(hào)輸入端6輸入，從信號(hào)輸出端7輸出，開口環(huán)形二硫化鉬薄膜4與基底1之間設(shè)有一個(gè)的偏置直流電壓源，調(diào)節(jié)外加偏置直流電壓源的電壓會(huì)改變開口環(huán)形二硫化鉬薄膜4的有效介電常數(shù)，從而可以控制太赫茲波的傳輸?shù)耐〝?，?shí)現(xiàn)開關(guān)效果。

基底層的材料為P型硅材料，長度為13.4μm，寬度為7μm，厚度為3μm。二氧化硅層的長度為13.4μm，寬度為7μm，厚度為3μm。左側(cè)矩形二硫化鉬薄膜與右側(cè)矩形二硫化鉬薄膜的尺寸相同，長度均為3μm，寬度均為1.5μm。開口環(huán)形二硫化鉬薄膜的外圓半徑為3.5μm，內(nèi)圓半徑為2μm，開口部分的圓心角為30°。左側(cè)矩形二硫化鉬薄膜與開口環(huán)形二硫化鉬薄膜、右側(cè)矩形二硫化鉬薄膜與開口環(huán)形二硫化鉬薄膜之間的距離均為0.2μm?；诙蚧f薄膜結(jié)構(gòu)太赫茲波開關(guān)的各項(xiàng)性能指標(biāo)采用COMSOL Multiphysics軟件進(jìn)行測(cè)試，通過調(diào)節(jié)偏置電壓，得到在7.5THz頻率點(diǎn)時(shí)開關(guān)處于“關(guān)”狀態(tài)時(shí)表面電場(chǎng)強(qiáng)度分別如附圖3所示，開關(guān)處于“開”狀態(tài)時(shí)表面電場(chǎng)強(qiáng)度分別如附圖4所示，經(jīng)計(jì)算可得，消光比為0.83dB。