一種基于石墨烯的多層共面波導(dǎo)傳輸線及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提出了一種基于石墨烯的多層共面波導(dǎo)傳輸線及其制備方法，屬于通信電子元器件領(lǐng)域。該傳輸線從下往上依次為低阻導(dǎo)電硅襯底、SiO2介質(zhì)層、石墨烯層、Al2O3保護(hù)層和金屬電極，所述金屬電極包括中心導(dǎo)帶和接地板，通過(guò)在所述低阻導(dǎo)電硅襯底上加直流偏置電壓可改變石墨烯的介電性能。本發(fā)明專利技術(shù)提出的共面波導(dǎo)傳輸線可對(duì)石墨烯的介電性能進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)插入損耗和相位延遲的可調(diào)；采用Al2O3作為保護(hù)層，避免了石墨烯直接接觸金屬導(dǎo)帶造成的表面污染和損傷，降低了傳輸線損耗，從而實(shí)現(xiàn)更高的偏壓影響靈敏度。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于通信電子元器件領(lǐng)域，具體涉及。
技術(shù)介紹
石墨烯(Graphene)是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料,是由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個(gè)碳原子的厚度。石墨烯自從2004年被成功制備以來(lái),迅速成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。石墨烯是已知的最薄、最堅(jiān)硬的納米材料，比鋼硬5倍；且石墨烯為零帶隙半導(dǎo)體材料，具有獨(dú)特的錐形能帶結(jié)構(gòu)，從而具有優(yōu)異的電子特性。與傳統(tǒng)的硅、砷化鎵和其它半導(dǎo)體材料相比，石墨烯具有更高的載流子遷移率、電子飽和速率和熱導(dǎo)率。由于石墨烯具有優(yōu)良的電學(xué)性能和機(jī)械性能，使其成為制備高精度、小型化納米傳輸線與元器件的理想材料。 目前，石墨烯傳輸線通常采用單層共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，將機(jī)械剝離制備的石墨烯直接加載到共面波導(dǎo)金屬導(dǎo)帶上[G.Deligeorgis, M.Dragoman, D.Neculoiu, D.Dragoman, G.Konstantinidisj A.Cismaruj and R.Plana.Microwave propagat1n in grapheme.Applied Physics Letters, 2009, 95，073107],該結(jié)構(gòu)較為成熟,但是由于石墨烯直接接觸導(dǎo)體，導(dǎo)致石墨烯表面不同程度的污染和損傷，并且機(jī)械剝離制備的石墨烯形狀不規(guī)則，直接加載后導(dǎo)致傳輸線端面不規(guī)則，參考面難以界定。2012年，Yunqiu Wu等提出了一種基于石墨烯的多層共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)[Yunqiu ffu, Yuehang Xu, Zegao Wang, Cao Xu, ZongxiTang, Yuanfu Chen and Ruimin Xu.Microwave transmiss1n properties of chemicalvapor deposit1n grapheme.Applied Physics Letters.2012, 101，053110.],從下往上依次為聚四氟乙烯、金屬導(dǎo)帶、石墨烯、二氧化硅，該結(jié)構(gòu)采用石墨烯作為多層共面波導(dǎo)中的一層介質(zhì)，通過(guò)形狀調(diào)整獲得規(guī)則外形，傳輸線端口參考面明確，并能通過(guò)改變外加偏置電壓調(diào)整傳輸線插入損耗和相移特性。但是，由于該結(jié)構(gòu)采用石墨烯倒置結(jié)構(gòu)，石墨烯與導(dǎo)帶接觸時(shí)難以避免造成石墨烯的污染和損傷，并且外加偏置電壓是加在中間金屬導(dǎo)帶上，會(huì)使石墨烯薄膜受偏置電壓的影響不規(guī)則，導(dǎo)致其介電性能的改變不均勻。因此，如何使基于石墨烯的多層共面波導(dǎo)的石墨烯表面不受污染與損傷，維持其優(yōu)良的電學(xué)性能，并且使石墨烯薄膜的介電性能得到均勻變化，成為孑待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)針對(duì)
技術(shù)介紹
存在的缺陷，提出了，該傳輸線采用導(dǎo)電襯底作為背柵電極，采用納米量級(jí)厚度的Al2O3作為石墨烯的保護(hù)層，有效避免了石墨烯直接接觸金屬電極導(dǎo)致的污染和損傷，降低了傳輸線損耗，實(shí)現(xiàn)了更高的偏壓影響靈敏度；且該傳輸線可通過(guò)在導(dǎo)電襯底上加直流偏置電壓對(duì)石墨烯的介電性能進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)插入損耗和相位延遲的調(diào)節(jié)。 本專利技術(shù)的技術(shù)方案如下: 一種基于石墨烯的多層共面波導(dǎo)傳輸線，從下往上依次為低阻導(dǎo)電硅襯底、S12介質(zhì)層、石墨烯層、Al2O3保護(hù)層和金屬電極，所述金屬電極包括中心導(dǎo)帶和接地板。 進(jìn)一步地，所述S12介質(zhì)層的厚度為Ιμπι?ΙΟμπι。 進(jìn)一步地,所述Al2O3保護(hù)層的厚度為5nm?10nm。 一種上述基于石墨烯的多層共面波導(dǎo)傳輸線的使用方法，其特征在于，通過(guò)在所述低阻導(dǎo)電硅襯底上加直流偏置電壓可改變石墨烯的介電性能。 一種基于石墨烯的多層共面波導(dǎo)傳輸線的制備方法，包括以下步驟: 步驟1:在低阻導(dǎo)電硅襯底上采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法(PECVD)沉積S12介質(zhì)層，作為多層共面波導(dǎo)的基礎(chǔ)襯底； 步驟2:在步驟I得到的基礎(chǔ)襯底上制備石墨烯層； 步驟3:在步驟2得到的帶石墨烯層的基礎(chǔ)襯底上采用原子層沉積法(ALD)沉積一層Al2O3作為石墨烯的保護(hù)層，即得到基于石墨烯的多層介質(zhì)襯底； 步驟4:在步驟3得到的基于石墨烯的多層介質(zhì)襯底上制備金屬電極，即得到所述基于石墨烯的多層共面波導(dǎo)傳輸線。 其中，步驟2所述的制備石墨烯層的具體過(guò)程為:采用化學(xué)氣相沉積法(CVD)在銅基上制備石墨稀，并在石墨稀上旋涂PMMA (聚甲基丙稀酸甲酷)，然后放入Fe (NO3) 3溶液中刻蝕掉銅，刻蝕完后取出帶PMMA的石墨烯并在水中清洗；將清洗后的帶PMMA的石墨烯烘干并清洗PMMA，得到的石墨烯平鋪在S12介質(zhì)層上。 其中，步驟4所述的制備金屬電極的具體過(guò)程為:用光刻膠覆蓋步驟3所述基于石墨烯的多層介質(zhì)襯底，光刻顯影暴露出共面波導(dǎo)傳輸線中心導(dǎo)帶和接地板的形狀；然后蒸鍍金屬，剝離光刻膠后形成中心導(dǎo)帶和接地板組成的金屬電極。 進(jìn)一步地,步驟I中所述的S12介質(zhì)層的厚度為I μ m?10 μ m。 進(jìn)一步地,步驟3中所述的Al2O3保護(hù)層的厚度為5nm?10nm。 本專利技術(shù)的有益效果為: 1、本專利技術(shù)制備的多層共面波導(dǎo)傳輸線采用低阻導(dǎo)電硅剛性襯底結(jié)構(gòu)，可通過(guò)在低阻導(dǎo)電硅襯底上外加直流偏置電壓調(diào)節(jié)石墨烯的介電性能，并且由于接地板與低阻導(dǎo)電硅襯底之間形成的電場(chǎng)較均勻，這樣可使石墨烯的介電性能得到均勻的改變。因此，本專利技術(shù)提出的多層共面波導(dǎo)傳輸線可用于信號(hào)檢測(cè)、無(wú)線通信設(shè)備等，并且在不同的應(yīng)用環(huán)境下，可通過(guò)調(diào)節(jié)石墨烯的介電性能調(diào)整傳輸線的插入損耗和相移特性。 2、本專利技術(shù)提出的多層共面波導(dǎo)傳輸線中采用Al2O3作為石墨烯的保護(hù)層，避免了石墨烯直接接觸金屬導(dǎo)帶造成的表面污染與損傷，降低了傳輸線損耗，實(shí)現(xiàn)了更高的偏置影響靈敏度。 【附圖說(shuō)明】 圖1為本專利技術(shù)提出的基于石墨烯的多層共面波導(dǎo)傳輸線的剖面示意圖。 圖2為本專利技術(shù)提出的基于石墨烯的多層共面波導(dǎo)傳輸線的示意圖。 圖中，I為低阻導(dǎo)電硅襯底，2為S12介質(zhì)層，3為石墨烯層，4為Al2O3保護(hù)層，5為共面波導(dǎo)中心導(dǎo)帶，6為共面波導(dǎo)接地板。 【具體實(shí)施方式】 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，有必要在此指出的是所述實(shí)施例只是用于對(duì)本專利技術(shù)的進(jìn)一步說(shuō)明，但不應(yīng)理解為是對(duì)本專利技術(shù)保護(hù)范圍的任何限定，該領(lǐng)域的技術(shù)人員可根據(jù)上述本專利技術(shù)的內(nèi)容作出一些非本質(zhì)性的改進(jìn)和調(diào)整。 實(shí)施例 —種基于石墨烯的多層共面波導(dǎo)傳輸線，從下往上依次為低阻導(dǎo)電硅襯底1、S12介質(zhì)層2、石墨烯層3、Al2O3保護(hù)層4和金屬電極，所述金屬電極包括中心導(dǎo)帶5和接地板6 ;所述S12介質(zhì)層2采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法制備；所述Al2O3保護(hù)層4采用原子層沉積法(ALD)制備。 進(jìn)一步地，所述低阻導(dǎo)電硅襯底I的厚度為400 μ m ; 所述S12介質(zhì)層2用于隔離低阻導(dǎo)電硅與石墨烯，使石墨烯可以感應(yīng)導(dǎo)電硅上所加直流偏置電場(chǎng)，其沉積的厚度為Iym; 所述Al2O3保護(hù)層4用于隔離石墨烯與共面波導(dǎo)金屬電極，避免石墨烯表面污染或損傷，其沉積的厚度為1nm ； 所述共面波導(dǎo)中心導(dǎo)帶5與接地板金屬6由Inm厚的金屬鈦和1nm厚的金-鉬合金組成。 上述基于石墨烯的多層共面波導(dǎo)傳輸線的使用方法，其特征在于，通過(guò)在所述低阻導(dǎo)電硅襯底I上加直流偏置電壓可改變石墨烯的介電性能，從而本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于石墨烯的多層共面波導(dǎo)傳輸線，從下往上依次為低阻導(dǎo)電硅襯底、SiO2介質(zhì)層、石墨烯層、Al2O3保護(hù)層和金屬電極，所述金屬電極包括中心導(dǎo)帶和接地板。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于石墨烯的多層共面波導(dǎo)傳輸線，從下往上依次為低阻導(dǎo)電硅襯底、S12介質(zhì)層、石墨烯層、Al2O3保護(hù)層和金屬電極，所述金屬電極包括中心導(dǎo)帶和接地板。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于石墨烯的多層共面波導(dǎo)傳輸線，其特征在于，所述S12介質(zhì)層的厚度為I μ m?10 μ m。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于石墨烯的多層共面波導(dǎo)傳輸線，其特征在于，所述Al2O3保護(hù)層的厚度為5nm?10nm。4.一種如權(quán)利要求1所述的基于石墨烯的多層共面波導(dǎo)傳輸線的使用方法，其特征在于，通過(guò)在所述低阻導(dǎo)電硅襯底上加直流偏置電壓可改變石墨烯的介電性能。5.一種基于石墨烯的多層共面波導(dǎo)傳輸線的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:在低阻導(dǎo)電硅襯底上采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法沉積S12介質(zhì)層，作為多層共面波導(dǎo)的基礎(chǔ)襯底； 步驟2:在步驟I得到的基礎(chǔ)襯底上制備石墨烯層； 步驟3:在步驟2得到的帶石墨烯層的基礎(chǔ)襯底上采用原子層沉積法沉積一層Al2O3作為石墨烯的保護(hù)層，得到基于石墨烯的多層介質(zhì)襯底； 步驟4:在步驟3得到的基于石墨烯的多層介質(zhì)襯底上制備...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：吳韻秋，陳永堃，徐躍杭，唐宗熙，張彪，康凱，趙晨曦，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：電子科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：四川;51