一種基于石墨烯平面等離子體人工結(jié)構(gòu)的移相器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太赫茲器件領(lǐng)域，具體是一種基于石墨烯平面等離子體人工結(jié)構(gòu)的移相器。
【背景技術(shù)】
[0002]由于THz波獨(dú)特的性質(zhì)及在物體成像、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療診斷、射電天文，尤其是在衛(wèi)星通訊和軍用雷達(dá)、國防安檢等領(lǐng)域具有重大的科學(xué)價值和廣泛的應(yīng)用前景，而受到越來越廣泛的重視。然而直到目前為止，太赫茲技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用仍很局限，其障礙之一就是缺乏太赫茲頻段下的移相器件。
[0003]目前太赫茲頻段下的相移器很少，且基本為三維結(jié)構(gòu)，難以集成特別是平面集成，嚴(yán)重制約了器件的實(shí)用化。
[0004]采用平面化的思想和技術(shù)，發(fā)展出小型化、平面化的太赫茲波段移相器件，已成為太赫茲領(lǐng)域重點(diǎn)開展的研宄方向。
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】
本發(fā)明的目的是提供一種基于石墨烯平面等離子體人工結(jié)構(gòu)的移相器，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
一種基于石墨烯平面等離子體人工結(jié)構(gòu)的移相器，其特征在于:包括有S12ZSi基底，Si02/Si基底上設(shè)置有石墨烯薄膜，Si02/Si基底、石墨烯薄膜上分別接有電極，石墨烯薄膜中開有多個沿直線呈周期性排列的開槽。
[0007]所述的一種基于石墨烯平面等離子體人工結(jié)構(gòu)的移相器，其特征在于:每個開槽形狀相同，均為矩形槽，或者梯形槽。
[0008]石墨烯的電導(dǎo)率虛部為正值，即介電常數(shù)為負(fù)值時，根據(jù)電磁場理論，石墨烯的表面支持表面等離子體波的傳輸。當(dāng)石墨烯薄膜具有矩形槽、梯形槽或者其他形式的周期性結(jié)構(gòu)時，表面等離子體波的色散特性主要由其結(jié)構(gòu)參數(shù)決定。合理調(diào)整結(jié)構(gòu)尺寸，表面等離子體波可以工作在太赫茲低頻段。
[0009]改變石墨烯薄膜的偏壓，可以改變石墨烯的化學(xué)勢能，從而改變石墨烯的介電常數(shù)，根據(jù)電磁場原理，表面等離子體波的傳播常數(shù)與介質(zhì)的介電常數(shù)直接相關(guān)。因此通過調(diào)節(jié)石墨烯薄膜的偏壓，可以實(shí)現(xiàn)對表面等離子體波的相移的控制。
[0010]本發(fā)明提供了一種基于石墨烯平面等離子體人工結(jié)構(gòu)的移相器。由具有矩形槽、梯形槽或者其他形式呈周期性排列的石墨烯薄膜以及Si02/Si基底構(gòu)成。將電極分別接在石墨稀薄膜和Si02/Si基底上，通過調(diào)整電壓值大小，可以控制石墨稀薄膜表面等離子體波的傳播常數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)移相的功能。本發(fā)明是一種實(shí)現(xiàn)太赫茲電磁波移相的方法。具有結(jié)構(gòu)緊湊、易于平面集成的特點(diǎn)，能工作在太赫茲低頻段。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明提供的石墨烯平面等離子體人工結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2為石墨烯平面等離子體人工結(jié)構(gòu)在500GHz頻率下的電場分布圖。
[0013]圖3為石墨烯的化學(xué)勢能分別為0.05eV、0.15eV和0.3eV時表面等離子體波的色散圖。
[0014]圖4為石墨烯的化學(xué)勢能分別為0.05eV、0.15eV和0.3eV時表面等離子體波的色散圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]如圖1所示，一種基于石墨烯平面等離子體人工結(jié)構(gòu)的移相器，包括有Si02/Si基底2，Si02/Si基底2上設(shè)置有石墨烯薄膜1，Si02/Si基底2、石墨烯薄膜I上分別接有電極，石墨烯薄膜I中開有多個沿直線呈周期性排列的開槽3。每個開槽3形狀相同，均為矩形槽，或者梯形槽，或者其他規(guī)則形狀。
[0016]本發(fā)明提供的一種基于石墨烯平面等離子體人工結(jié)構(gòu)的移相器，如圖1所示。結(jié)構(gòu)由具有呈周期排列的矩形槽的石墨烯薄膜I以及Si02/Si基底2組成。
[0017]石墨烯薄膜中呈周期性排列的矩形槽，其寬度d為100 μπι，厚度t為0.4nm，矩形槽周期P為100 μ m，槽深h為60 μ m，槽寬w為40 μ m，二氧化娃層的厚度si為300nm，娃基底的厚度s2為5 μπι。
[0018]利用仿真軟件CST搭建由上述數(shù)結(jié)參數(shù)確定的結(jié)構(gòu)模型，若石墨烯的散射率為0.43meV，在常溫條件(溫度T=300k)下，當(dāng)調(diào)節(jié)石墨稀的偏壓為24V，使得石墨稀的化學(xué)勢能為0.15eV時，在500GHz的頻率點(diǎn)處其表面等離子體波電場分布如圖2所示。
[0019]改變石墨烯的偏壓為9V、24V和90V，使得石墨烯的化學(xué)勢能分別為0.05eV、0.15eV和0.3eV時，表面等離子體波的色散曲線如圖3所示。由圖3可知:在同一頻點(diǎn)(500GHz)處，不同化學(xué)勢能的石墨烯，其表面等離子體波的相速度不同。通過調(diào)節(jié)石墨烯的偏壓，可以控制表面等尚子體波的相移量。
[0020]石墨烯平面等離子體人工結(jié)構(gòu)在24個周期的情況下，當(dāng)石墨烯的化學(xué)勢能從0.05eV變化到0.3eV時表面等離子體波在500GHz處的相移量變化情況如圖4，表面等離子體波的相移在O度-360度的范圍內(nèi)可通過調(diào)節(jié)石墨烯偏壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。同理，其它頻率處的相移量也可采用同樣的方法進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而在寬帶范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)太赫茲波的移相。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于石墨烯平面等離子體人工結(jié)構(gòu)的移相器，其特征在于:包括有Si02/Si基底，Si02/Si基底上設(shè)置有石墨烯薄膜，Si02/Si基底、石墨烯薄膜上分別接有電極，石墨烯薄膜中開有多個沿直線呈周期性排列的開槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于石墨烯平面等離子體人工結(jié)構(gòu)的移相器，其特征在于:每個開槽形狀相同，均為矩形槽，或者梯形槽。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于石墨烯平面等離子體人工結(jié)構(gòu)的移相器，包括有SiO2/Si基底，SiO2/Si基底上設(shè)置有石墨烯薄膜，石墨烯薄膜中開有多個周期性排列的開槽。本發(fā)明是一種實(shí)現(xiàn)太赫茲電磁波移相的方法。具有結(jié)構(gòu)緊湊、易于平面集成的特點(diǎn)，能工作在太赫茲低頻段。
【IPC分類】H01P1-18
【公開號】CN104733811
【申請?zhí)枴緾N201510088954
【發(fā)明人】鄧光晟, 阮久福, 楊軍, 尹治平, 闞延貝, 黃小玲, 桑磊, 蔡斐
【申請人】合肥工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年2月26日