一種基于電子束激發(fā)石墨烯產(chǎn)生太赫茲輻射的器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于半導體微結(jié)構(gòu)及太赫茲技術(shù)領(lǐng)域，特別是設(shè)及一種基于電子束激發(fā)石 墨締產(chǎn)生太赫茲福射的器件。
【背景技術(shù)】
[0002] 太赫茲電磁波在物理學、材料科學、醫(yī)學成像、射電天文、雷達和寬帶通信、尤其是 衛(wèi)星間通訊方面具有重要應(yīng)用前景。長期W來，由于缺乏有效的太赫茲福射產(chǎn)生和檢測方 法，導致太赫茲頻段的電磁波未得到充分的研究和應(yīng)用。當前存在的太赫茲福射源，特別是 在微型化、大功率等方面存在不同的應(yīng)用瓶頸，該都限制了太赫茲技術(shù)的發(fā)展。
[0003] 石墨締是由碳原子W正六角形緊密排列的二維層狀結(jié)構(gòu)，在太赫茲波段具有類似 金屬的電導率特性，因此被廣泛應(yīng)用于光電探測器、光電傳感器、光學調(diào)制器等技術(shù)領(lǐng)域。 特別是石墨締能夠受激產(chǎn)生太赫茲波段或中紅外波段的表面等離子體。較之傳統(tǒng)的金屬表 面等離子體，石墨締表面等離子體具有強烈的慢波效應(yīng)、低歐姆損耗等特性，該些特性使得 石墨締成為太赫茲福射領(lǐng)域極具前景的材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是針對上述技術(shù)分析，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、制作方便、便于 集成、福射強度高的基于電子束激發(fā)石墨締產(chǎn)生太赫茲福射的器件。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案：
[0006] 一種基于電子束激發(fā)石墨締產(chǎn)生太赫茲福射的器件，由電子束、石墨締層、娃質(zhì)二 維光子晶體陣列和娃基底構(gòu)成，電子束的線電荷密度密度為l(K)pC/cm，石墨締層為單層石 墨締材料，電子束與石墨締層的距離為0. 1 y m ;娃質(zhì)二維光子晶體陣列由每行每列各10個 高度為1 y m、截面直徑為0. 86 y m的圓柱體周期排列而成，空間重復周期為1. 4 y m、材料為 娃，相對介電常數(shù)為11. 7。
[0007] 當電子束掠過石墨締層的時候，石墨締受激產(chǎn)生太赫茲波段的表面等離子體，并 由二維光子晶體補償失配波矢，使之達到向自由空間福射的相位匹配條件，繼而產(chǎn)生定向 太赫茲波福射。
[0008] 本發(fā)明的優(yōu)點是；該于電子束激發(fā)石墨締產(chǎn)生太赫茲福射的器件具有結(jié)構(gòu)簡單、 尺寸小、制作方便、便于集成、福射強度高等優(yōu)點，較之傳統(tǒng)的金屬表面等離子體，石墨締表 面等離子體具有強烈的慢波效應(yīng)、低歐姆損耗等特性，該些特性使得石墨締成為太赫茲福 射領(lǐng)域極具前景的材料。
【附圖說明】
[0009] 圖1是電子束激發(fā)石墨締產(chǎn)生太赫茲示意圖。
[0010] 圖中；1.電子束2.石墨締層3.娃質(zhì)二維光子晶體陳列4.娃基底
[0011] 圖2是填充率為0. 3時電子束移動速度對應(yīng)的福射頻率圖。
[0012] 圖3是填充率為0. 3時電子束移動速度對用的福射強度圖。
【具體實施方式】[001引實施例；
[0014] 一種基于電子束激發(fā)石墨締產(chǎn)生太赫茲福射的器件，如圖1所示，由電子束1、石 墨締層2、娃質(zhì)二維光子晶體陣列3和娃基底4構(gòu)成，電子束1的線電荷密度密度為l(K)pC/ cm,石墨締層2為單層石墨締材料，電子束1與石墨締層2的距離為0. 1 ym ;娃質(zhì)二維光子 晶體陣列3由每行每列各10個高度為1 ym、截面直徑為0. 86 ym的圓柱體周期排列而成， 空間重復周期為1. 4 ym、對應(yīng)的材料填充率為0. 3,材料為娃，相對介電常數(shù)為11. 7。
[0015] 該器件的制備方法；娃基底4作為襯底材料，在其上生長娃質(zhì)二維光子晶體陣列 3,再將已裁剪的石墨締層2鋪在娃質(zhì)二維光子晶體陣列3上面，電子束1貼近石墨締層2。 石墨締層2受到電子束1的激發(fā)產(chǎn)生太赫茲波段的表面等離子體，娃質(zhì)二維光子晶體陣列3 的倒格矢的引入彌補了受激表面等離子體的波矢失配，使得受激表面等離子體達到向自由 空間福射的相位匹配條件，從而產(chǎn)生定向的太赫茲波福射。
[0016] 該器件產(chǎn)生的太赫茲波的頻率可根據(jù)散射矩陣法求得，在二維光子晶體3的 參數(shù)確定W后，福射頻率與電子束發(fā)射速度的關(guān)系可參照圖2。在此基礎(chǔ)上，進一 步研究福射強度。所產(chǎn)生的太赫茲福射的能量來自于電子束1與石墨締層2受激 表面等離子體的禪合作用，即電子束1自身的能量損耗。具體的，可通過求解方程
為電子束1的電流密度 在頻域的表達。這W為近克科斯威方程組
的解。具體 的數(shù)值結(jié)果參照圖3。
[0017] 上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。因此， 舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成 的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【主權(quán)項】
1. 一種基于電子束激發(fā)石墨烯產(chǎn)生太赫茲輻射的器件，其特征在于：由電子束、石墨 烯層、硅質(zhì)二維光子晶體陣列和硅基底構(gòu)成，電子束的線電荷密度密度為lOOpC/cm，石墨 稀層為單層石墨稀材料，電子束與石墨稀層的距離為0.Iym;娃質(zhì)二維光子晶體陣列由每 行每列各10個高度為Iym、截面直徑為0. 86ym的圓柱體周期排列而成，空間重復周期為 I. 4ym、材料為硅，相對介電常數(shù)為11.7。
【專利摘要】一種基于電子束激發(fā)石墨烯產(chǎn)生太赫茲輻射的器件，由電子束、石墨烯層、硅質(zhì)二維光子晶體陣列和硅基底構(gòu)成，電子束的線電荷密度為100pC/cm，石墨烯層為單層石墨烯材料，電子束與石墨烯層的距離為0.1μm；硅質(zhì)二維光子晶體陣列由每行每列各10個高度為1μm、截面直徑為0.86μm的圓柱體周期排列而成，空間重復周期為1.4μm、材料為硅，相對介電常數(shù)為11.7。本發(fā)明的優(yōu)點是：該于電子束激發(fā)石墨烯產(chǎn)生太赫茲輻射的器件結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、制作方便、便于集成、輻射強度高，較之傳統(tǒng)的金屬表面等離子體，石墨烯表面等離子體具有強烈的慢波效應(yīng)、低歐姆損耗等特性，使得石墨烯成為太赫茲輻射領(lǐng)域極具前景的材料。
【IPC分類】H01P1/00
【公開號】CN104916885
【申請?zhí)枴緾N201510201169
【發(fā)明人】任廣軍, 譚天波, 汪亞琦, 劉迎
【申請人】天津理工大學
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年4月24日