基于石墨烯薄膜結構電控太赫茲波開關制造技術

本發明專利技術公開了一種基于石墨烯薄膜結構電控太赫茲波開關，它包括基底層、石墨烯層、堆疊棱形金屬層；基底層的上層為石墨烯層，石墨烯層的上層為堆疊棱形金屬層，堆疊棱形金屬層包括9個堆疊棱形金屬周期單元；太赫茲信號在堆疊棱形金屬層上方從幾何中心處垂直輸入，依次經過堆疊棱形金屬層、石墨烯層、基底層后垂直輸出，石墨烯層與基底層之間設有一個偏置直流電壓源，調節外加偏置直流電壓源的電壓會改變石墨烯介電常數，實現不同外加電場時控制輸出端太赫茲波傳輸的通斷，進而實現開關的功能。本發明專利技術具有結構簡單緊湊，尺寸小，易于控制，便于加工等優點。

Electronically controlled terahertz wave switch based on graphene film structure

The invention discloses a switch based on graphene film structure control of terahertz wave, which comprises a substrate layer, a graphene layer, stacked prismatic metal layer; the basal layer of the upper layer of graphene, graphene layer of the upper layer is stacked prismatic metal layer stacked prismatic metal layer comprises 9 stacked prismatic metallic element; THz the signal in the stacked above a metal layer from the geometric center of the prismatic vertical input, followed by stacking prismatic metal layer, graphene layer, basal layer vertical output, a DC bias voltage source is arranged between the graphene layer and the substrate layer, adjusting the voltage bias DC voltage source will change the graphene dielectric constant, to achieve different electric field control output transmission of terahertz wave off, and then realize the switch function. The invention has the advantages of simple and compact structure, small size, easy control, easy processing, etc..

【技術實現步驟摘要】
基于石墨烯薄膜結構電控太赫茲波開關
本專利技術涉及太赫茲波開關，尤其涉及一種基于石墨烯薄膜結構電控太赫茲波開關。
技術介紹
近年來，在電磁波譜上介于發展已相當成熟的毫米波和紅外光之間的太赫茲波無疑是一個嶄新的研究領域。太赫茲波頻率0.1～10THz，波長為30μm～3mm。長期以來，由于缺乏有效的太赫茲波產生和檢測方法，與傳統的微波技術和光學技術相比較，人們對該波段電磁輻射性質的了解甚少，以至于該波段成為了電磁波譜中的太赫茲空隙。隨著太赫茲輻射源和探測技術的突破，太赫茲獨特的優越特性被發現并在材料科學、氣體探測、生物和醫學檢測、通信等方面展示出巨大的應用前景。可以說太赫茲技術科學不僅是科學技術發展中的重要基礎問題，又是新一代信息產業以及基礎科學發展的重大需求。太赫茲系統主要由輻射源、探測器件和各種功能器件組成。在實際應用中，由于應用環境噪聲以及應用需要的限制等，需控制太赫茲波系統中的太赫茲波的通斷，因而太赫茲波開關在實際中有重要的應用，已成為國內外研究的熱點和難點。當前國內外研究的太赫茲波開關結構主要基于光子晶體、超材料等結構，這些結構往往很復雜，而且在實際制作過程中困難重重，成本較高，對加工工藝和加工環境要求也高，所以研究結構簡單、易于控制、成本低的太赫茲波開關意義重大。
技術實現思路
本專利技術提供一種基于石墨烯薄膜結構電控太赫茲波開關，技術方案如下：基于石墨烯薄膜結構電控太赫茲波開關包括包括基底層、石墨烯層、堆疊棱形金屬層；基底層的上層為石墨烯層，石墨烯層的上層為堆疊棱形金屬層，堆疊棱形金屬層由呈3×3排列的9個堆疊棱形金屬周期單元組成，堆疊棱形金屬周期單元由四個堆疊三角形金屬周期單元首尾相連呈菱形分布，堆疊三角形金屬周期單元由一個等邊三角形金屬薄膜下方依次連接三個等腰梯形金屬薄膜構成；太赫茲信號在堆疊棱形金屬層上方從幾何中心處垂直輸入，依次經過堆疊棱形金屬層、石墨烯層、基底層后垂直輸出。石墨烯層與基底層可分別連接一個偏置直流電壓源的正負兩極，調節外加偏置直流電壓源的電壓會改變石墨烯化學勢，從而改變石墨烯的介電常數，由此實現不同外加電場時控制輸出端太赫茲波傳輸的通斷，進而實現開關的功能。所述的基底層的材料為二氧化硅，長度和寬度均為68μm～70μm，厚度為4μm～6μm。所述的石墨烯層的長度和寬度均為68μm～70μm，厚度為0.33nm～0.34nm。所述的堆疊棱形金屬層的材料均為銅，厚度為8μm～10μm。所述的堆疊棱形金屬周期單元的厚度為8μm～10μm，相鄰間距為7μm～8μm。所述的堆疊三角形金屬周期單元的長度為5μm～6μm，寬度為1.8μm～2.0μm，厚度為8μm～10μm。所述的等邊三角形金屬薄膜的邊長為1.8μm～2.0μm，厚度為8μm～10μm。所述的等腰梯形金屬薄膜的上底為0.4μm～0.5μm，下底為1.8μm～2.0μm，高為1.2μm～1.3μm，厚度為8μm～10μm。本專利技術具有結構簡單緊湊，尺寸小，易于控制，便于加工等優點。附圖說明：圖1是基于石墨烯薄膜結構電控太赫茲波開關的結構示意圖；圖2是基于石墨烯薄膜結構電控太赫茲波開關的石墨烯薄膜的結構示意圖；圖3是基于石墨烯薄膜結構電控太赫茲波開關的堆疊三角形金屬周期單元的結構示意圖；圖4為太赫茲波開關的傳輸曲線。具體實施方式如圖1～3所示，基于石墨烯薄膜結構電控太赫茲波開關包括基底層1、石墨烯層2、堆疊棱形金屬層3；基底層1的上層為石墨烯層2，石墨烯層2的上層為堆疊棱形金屬層3，堆疊棱形金屬層3由呈3×3排列的9個堆疊棱形金屬周期單元4組成，堆疊棱形金屬周期單元4由四個堆疊三角形金屬周期單元5首尾相連呈菱形分布，堆疊三角形金屬周期單元5由一個等邊三角形金屬薄膜6下方依次連接三個等腰梯形金屬薄膜7構成；太赫茲信號在堆疊棱形金屬層3上方從幾何中心處垂直輸入，依次經過堆疊棱形金屬層3、石墨烯層2、基底層1后垂直輸出，石墨烯層與基底層可分別連接一個偏置直流電壓源的正負兩極，調節外加偏置直流電壓源的電壓會改變石墨烯化學勢，從而改變石墨烯的介電常數，由此實現不同外加電場時控制輸出端太赫茲波傳輸的通斷，進而實現開關的功能。所述的基底層1的材料為二氧化硅，長度和寬度均為68μm～70μm，厚度為4μm～6μm。所述的石墨烯層2的長度和寬度均為68μm～70μm，厚度為0.33nm～0.34nm。所述的堆疊棱形金屬層3的材料均為銅，厚度為8μm～10μm。所述的堆疊棱形金屬周期單元4的厚度為8μm～10μm，相鄰間距為7μm～8μm。所述的堆疊三角形金屬周期單元5的長度為5μm～6μm，寬度為1.8μm～2.0μm，厚度為8μm～10μm。所述的等邊三角形金屬薄膜6的邊長為1.8μm～2.0μm，厚度為8μm～10μm。所述的等腰梯形金屬薄膜7的上底為0.4μm～0.5μm，下底為1.8μm～2.0μm，高為1.2μm～1.3μm，厚度為8μm～10μm。實施例1本實施例中，電控太赫茲波開關的結構和各部件形狀如上所述，因此不再贅述。但各部件的具體參數如下：基底層的材料為二氧化硅，長度和寬度均為69μm，厚度為5μm。石墨烯層的長度和寬度均為69μm，厚度為0.33nm。堆疊棱形金屬層的材料均為銅，厚度為9μm。堆疊棱形金屬周期單元的厚度為9μm，相鄰間距為8μm。堆疊三角形金屬周期單元的長度為5.6μm，寬度為2.0μm，厚度為9μm。等邊三角形金屬薄膜的邊長為2μm，厚度為9μm。等腰梯形金屬薄膜的上底為0.5μm，下底為2μm，高為1.3μm，厚度為9μm。太赫茲信號在堆疊棱形金屬層上方從幾何中心處垂直輸入，依次經過堆疊棱形金屬層、石墨烯層、基底層后垂直輸出。基于周期性石墨烯薄膜結構太赫茲波開關的各項性能指標采用COMSOLMultiphysics軟件進行測試，太赫茲波垂直入射到條帶結構，圖4為太赫茲波開關的傳輸曲線，可以看到，在f＝1THz時，無外加電場時，傳輸功率為3.1％，開關處于“關”狀態，調節偏置電壓時，傳輸功率為94.2％，開關處于“開”狀態，實現開關功能。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于石墨烯薄膜結構電控太赫茲波開關，其特征在于包括基底層(1)、石墨烯層(2)、堆疊棱形金屬層(3)；基底層(1)的上層為石墨烯層(2)，石墨烯層(2)的上層為堆疊棱形金屬層(3)，堆疊棱形金屬層(3)由呈3×3排列的9個堆疊棱形金屬周期單元(4)組成，堆疊棱形金屬周期單元(4)由四個堆疊三角形金屬周期單元(5)首尾相連呈菱形分布，堆疊三角形金屬周期單元(5)由一個等邊三角形金屬薄膜(6)下方依次連接三個等腰梯形金屬薄膜(7)構成；太赫茲信號在堆疊棱形金屬層(3)上方從幾何中心處垂直輸入，依次經過堆疊棱形金屬層(3)、石墨烯層(2)、基底層(1)后垂直輸出；通過在石墨烯層(2)與基底層(1)之間加載偏置直流電壓，實現不同外加電場時控制輸出端太赫茲波傳輸的通斷，進而實現開關的功能。

【技術特征摘要】
1.一種基于石墨烯薄膜結構電控太赫茲波開關，其特征在于包括基底層(1)、石墨烯層(2)、堆疊棱形金屬層(3)；基底層(1)的上層為石墨烯層(2)，石墨烯層(2)的上層為堆疊棱形金屬層(3)，堆疊棱形金屬層(3)由呈3×3排列的9個堆疊棱形金屬周期單元(4)組成，堆疊棱形金屬周期單元(4)由四個堆疊三角形金屬周期單元(5)首尾相連呈菱形分布，堆疊三角形金屬周期單元(5)由一個等邊三角形金屬薄膜(6)下方依次連接三個等腰梯形金屬薄膜(7)構成；太赫茲信號在堆疊棱形金屬層(3)上方從幾何中心處垂直輸入，依次經過堆疊棱形金屬層(3)、石墨烯層(2)、基底層(1)后垂直輸出；通過在石墨烯層(2)與基底層(1)之間加載偏置直流電壓，實現不同外加電場時控制輸出端太赫茲波傳輸的通斷，進而實現開關的功能。2.根據權利要求1所述的一種基于石墨烯薄膜結構電控太赫茲波開關，其特征在于所述的基底層(1)的材料為二氧化硅，長度和寬度均為68μm～70μm，厚度為4μm～6μm。3.根據權利要求1所述的一種基于石墨烯薄膜結構電控太赫茲波開關，其特征在于所述的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：章樂，李九生，
申請(專利權)人：中國計量大學，
類型：發明
國別省市：浙江,33