CN107134608B - 基于单层石墨烯对称结构电控太赫兹波开关 - Google Patents

基于单层石墨烯对称结构电控太赫兹波开关 Download PDF

Info

Publication number
CN107134608B
CN107134608B CN201710273600.9A CN201710273600A CN107134608B CN 107134608 B CN107134608 B CN 107134608B CN 201710273600 A CN201710273600 A CN 201710273600A CN 107134608 B CN107134608 B CN 107134608B
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
graphene
thz wave
automatically controlled
type silicon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201710273600.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107134608A (zh
Inventor
李九生
赵泽江
孙建忠
章乐
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Jiliang University
Original Assignee
China Jiliang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Jiliang University filed Critical China Jiliang University
Priority to CN201710273600.9A priority Critical patent/CN107134608B/zh
Publication of CN107134608A publication Critical patent/CN107134608A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107134608B publication Critical patent/CN107134608B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/10—Auxiliary devices for switching or interrupting
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/0102—Constructional details, not otherwise provided for in this subclass

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于单层石墨烯对称结构电控太赫兹波开关。基底层为聚二甲基硅烷层，聚二甲基硅烷层的上层为P型硅层，P型硅层上层为二氧化硅层，二氧化硅层上面排列着25个石墨烯‑金属组合周期单元，其以中间周期单元对称排列。在石墨烯‑金属组合周期单元中，石墨烯为圆形，金属由四个半径大小相同的四分之一圆块和一个圆形金属导电圈组成；太赫兹信号在组合周期单元上方从几何中心处垂直输入，依次经过组合周期单元、二氧化硅层、P型硅层、聚二甲基硅烷层后垂直输出，在二氧化硅层与P型硅层之间设有一个偏置直流电压源，调节外加偏置直流电压源的电压会改变石墨烯介电常数，实现不同外加电场时控制输出端太赫兹波传输的通断，进而实现开关的功能。本发明具有结构简单紧凑，控制带宽较宽，响应速度快，尺寸小，便于加工等优点。

Description

基于单层石墨烯对称结构电控太赫兹波开关
技术领域
本发明涉及太赫兹波开关，尤其涉及一种基于单层石墨烯对称结构电控太赫兹波开关。
背景技术
近年来，作为连接电磁波谱上发展已相当成熟的毫米波和红外光之间的太赫兹波无疑是一个崭新的研究领域，其在军民用方面都潜藏着巨大的价值。太赫兹波频率 0.1～10THz，相应波长为0.03mm～3mm。长期以来，由于缺乏有效的太赫兹波产生和检测方法，与传统的微波技术和光学技术相比较，人们对该波段电磁辐射性质的了解甚少，以至于该波段成为了电磁波谱中的太赫兹空隙。随着太赫兹辐射源和探测技术的突破，太赫兹独特的优越特性被发现并在材料科学、气体探测、生物和医学检测、通信等方面展示出巨大的应用前景。可以说太赫兹技术科学不仅是科学技术发展中的重要基础问题，又是新一代信息产业以及基础科学发展的重大需求。太赫兹系统主要由辐射源、探测器件和各种功能器件组成。在实际应用中，由于应用环境噪声以及应用需要的限制等，需控制太赫兹波系统中的太赫兹波的通断，因而太赫兹波开关在实际中有重要的应用，已成为国内外研究的热点和难点。
当前国内外研究的太赫兹波开关结构主要基于光子晶体、超材料等结构，这些结构往往很复杂，而且在实际制作过程中困难重重，成本较高，对加工工艺和加工环境要求也高，所以研究结构简单、易于控制、成本低的太赫兹波开关意义重大。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，并提供一种基于单层石墨烯对称结构电控太赫兹波开关。本发明所采用的具体技术方案如下：
基于单层石墨烯对称结构电控太赫兹波开关，包括聚二甲基硅烷层、P型硅层、二氧化硅层；聚二甲基硅烷的上层为P型硅层，P型硅层的上层为二氧化硅层，二氧化硅层上表面铺有7列石墨烯-金属组合周期单元，每列中石墨烯-金属组合周期单元的个数依次为4个、3个、4个、3个、4个、3个和4个，所有石墨烯-金属组合周期单元呈中心对称排列且任意相邻的两个石墨烯-金属组合周期单元均相切；每个石墨烯-金属组合周期单元由4个半径相同的四分之一圆和一层圆形石墨烯外加一个圆形金属导电圈组合而成，4个四分之一圆呈环形阵列紧贴排布于圆形石墨烯上，圆形金属导电圈环绕于所述的环形阵列之外且与圆形石墨烯同心布置；太赫兹信号在石墨烯-金属组合周期单元上方从几何中心处垂直输入，依次经过组合周期单元、二氧化硅层、P型硅层、聚二甲基硅烷层后垂直输出；通过在二氧化硅层与P型硅层之间加载偏置直流电压，实现不同外加电场时控制输出端太赫兹波传输的通断，进而实现开关的功能。
基于上述方案，可进一步采用如下优选方式：
所述的基底层的材料为聚二甲基硅烷，长度和宽度均为1mm～1.5mm，厚度为 63μm～67μm。所述的P型硅层长度和宽度均为1mm～1.5mm，厚度为0.45μm～0.55μm。所述的二氧化硅层长度和宽度均为0.8mm～1.2mm，厚度为0.25μm～0.35μm。所述的四分之一圆的材料均为铜，厚度为0.46μm～0.53μm，半径为45μm～50μm，石墨烯-金属组合周期单元中相邻的两个四分之一圆之间间隔1.75μm～2.25μm。所述的圆形石墨烯半径为35μm～40μm，厚度为0.33nm～0.34nm。圆形金属导电圈的材料为铜，厚度为 0.26μm～0.33μm，半径为95μm～100μm。
本发明具有结构简单紧凑，控制带宽较宽，尺寸小，便于加工等优点，其他具体优点将通过具体实施方式进行说明。
附图说明
图1基于单层石墨烯对称结构电控太赫兹波开关的结构示意图；
图2是基于单层石墨烯对称结构电控太赫兹波开关的周期结构三维图；
图3是基于单层石墨烯对称结构电控太赫兹波开关的石墨烯-金属组合周期单元结构俯视图；
图4为太赫兹波开关的传输曲线。
具体实施方式
如图1～3所示，基于单层石墨烯对称结构电控太赫兹波开关，包括聚二甲基硅烷层 1、P型硅层2、二氧化硅层3。聚二甲基硅烷1的上层为P型硅层2，P型硅层2的上层为二氧化硅层3，二氧化硅层3上表面铺有7列石墨烯-金属组合周期单元7，从左至右的每列中，石墨烯-金属组合周期单元7的个数依次为4个、3个、4个、3个、4个、 3个和4个，所有25个石墨烯-金属组合周期单元7呈中心对称排列且任意相邻的两个石墨烯-金属组合周期单元7均相切(相邻的圆形金属导电圈4相切)。每个石墨烯-金属组合周期单元7由4个半径相同的四分之一圆6和一层圆形石墨烯5外加一个圆形金属导电圈4组合而成，4个四分之一圆6呈环形阵列(等角度、等间距)紧贴排布于圆形石墨烯5上，圆形金属导电圈4环绕于所述的环形阵列之外且与圆形石墨烯5同心布置；太赫兹信号在石墨烯-金属组合周期单元7上方从几何中心处垂直输入，依次经过组合周期单元7、二氧化硅层3、P型硅层2、聚二甲基硅烷层1后垂直输出；通过在二氧化硅层3与P型硅层2之间加载偏置直流电压，实现不同外加电场时控制输出端太赫兹波传输的通断，进而实现开关的功能。
所述的基底层1的材料为聚二甲基硅烷，长度和宽度均为1mm～1.5mm，厚度为 63μm～67μm。所述的P型硅层2长度和宽度均为1mm～1.5mm，厚度为0.45μm～0.55μm。所述的二氧化硅层3长度和宽度均为0.8mm～1.2mm，厚度为0.25μm～0.35μm。所述的四分之一圆6的材料均为铜，厚度为0.46μm～0.53μm，半径为45μm～50μm，石墨烯-金属组合周期单元7中相邻的两个四分之一圆6之间间隔1.75μm～2.25μm。所述的圆形石墨烯5半径为35μm～40μm，厚度为0.33nm～0.34nm。所述的圆形金属导电圈4的材料为铜，厚度为0.26μm～0.33μm，半径为95μm～100μm。
实施例1
本实施例中，电控太赫兹波开关的结构和各部件形状如上所述，因此不再赘述。但各部件的具体参数如下：基底层材料为聚二甲基硅烷，长度和宽度均为1.25mm，厚度为65μm，P型硅，长度和宽度均为1.25mm，厚度为0.5μm，二氧化硅层，长度和宽度均为1.0mm，厚度为0.30μm，圆形石墨烯半径为37.5μm,厚度为0.34nm，四分之一圆的材料均为铜，厚度为0.5μm，半径为47.5μm，相邻两个四分之一圆之间间隔(即相邻的两个四分之一圆上最近的两条半径之间的距离)2μm，圆形金属导电线圈的材料为铜，厚度为0.30μm，半径为97.5μm，任意相邻两个石墨烯-金属组成周期单元中的两个四分之一圆形相邻垂直间距为85μm。太赫兹信号在石墨烯-金属层上方从几何中心处垂直输入，依次经过石墨烯-金属层、P型硅层、聚二甲基硅烷层后垂直输出。基于周期性单层石墨烯对对称结构太赫兹波开关的各项性能指标采用COMSOL Multiphysics软件进行测试，太赫兹波垂直入射到圆形结构，图4为太赫兹波开关的传输曲线，可以看到，在 f为0.5THz到1.1THz时，无外加电场时，传输功率在5％左右，开关处于“关”状态，调节偏置电压时，传输功率为90％左右，开关处于“开”状态，实现开关功能。

Claims (7)

1.一种基于单层石墨烯对称结构电控太赫兹波开关，其特征在于包括聚二甲基硅烷层（1）、P型硅层（2）、二氧化硅层（3）；聚二甲基硅烷（1）的上层为P型硅层（2），P型硅层（2）的上层为二氧化硅层（3），二氧化硅层（3）上表面铺有7列石墨烯-金属组合周期单元（7），每列中石墨烯-金属组合周期单元（7）的个数依次为4个、3个、4个、3个、4个、3个和4个，每个石墨烯-金属组合周期单元（7）呈中心对称排列且任意相邻的两个石墨烯-金属组合周期单元（7）均相切；每个石墨烯-金属组合周期单元（7）由4个半径相同的四分之一圆（6）和一层圆形石墨烯（5）外加一个圆形金属导电圈（4）组合而成，4个四分之一圆（6）呈环形阵列紧贴排布于圆形石墨烯（5）上，圆形金属导电圈（4）环绕于所述的环形阵列之外，且圆形金属导电圈（4）同心嵌套于圆形石墨烯（5）外；太赫兹信号在石墨烯-金属组合周期单元（7）上方从几何中心处垂直输入，依次经过组合周期单元（7）、二氧化硅层（3）、P型硅层（2）、聚二甲基硅烷层（1）后垂直输出；通过在二氧化硅层（3）与P型硅层（2）之间加载偏置直流电压，实现不同外加电场时控制输出端太赫兹波传输的通断，进而实现开关的功能。
2.根据权利要求1所述的一种基于单层石墨烯对称结构电控太赫兹波开关，其特征在于所述的聚二甲基硅烷层（1）的材料为聚二甲基硅烷，长度和宽度均为1mm~1.5mm，厚度为63μm~67μm。
3. 根据权利要求1所述的一种基于单层石墨烯对称结构电控太赫兹波开关，其特征在于所述的P型硅层（2）长度和宽度均为1mm~1.5mm，厚度为0.45μm ~0.55μm。
4. 根据权利要求1所述的一种基于单层石墨烯对称结构电控太赫兹波开关，其特征在于所述的二氧化硅层（3）长度和宽度均为0.8mm~1.2mm，厚度为0.25μm ~0.35μm。
5.根据权利要求1所述的一种基于单层石墨烯对称结构电控太赫兹波开关，其特征在于所述的四分之一圆（6）的材料均为铜，厚度为0.46μm~0.53μm，半径为45μm~50μm，石墨烯-金属组合周期单元（7）中相邻的两个四分之一圆（6）之间间隔1.75μm~2.25μm。
6.根据权利要求1所述的一种基于单层石墨烯对称结构电控太赫兹波开关，其特征在于所述的圆形石墨烯（5）半径为35μm~40μm，厚度为0.33nm~0.34nm。
7.根据权利要求1所述的一种基于单层石墨烯对称结构电控太赫兹波开关，其特征在于所述的圆形金属导电圈（4）的材料为铜，厚度为0.26μm~0.33μm，半径为95μm~100μm。
CN201710273600.9A 2017-04-24 2017-04-24 基于单层石墨烯对称结构电控太赫兹波开关 Expired - Fee Related CN107134608B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710273600.9A CN107134608B (zh) 2017-04-24 2017-04-24 基于单层石墨烯对称结构电控太赫兹波开关

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710273600.9A CN107134608B (zh) 2017-04-24 2017-04-24 基于单层石墨烯对称结构电控太赫兹波开关

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107134608A CN107134608A (zh) 2017-09-05
CN107134608B true CN107134608B (zh) 2019-04-19

Family

ID=59716688

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710273600.9A Expired - Fee Related CN107134608B (zh) 2017-04-24 2017-04-24 基于单层石墨烯对称结构电控太赫兹波开关

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107134608B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108110433B (zh) * 2017-11-22 2024-04-12 桂林电子科技大学 基于石墨烯-金属混合超表面的多功能THz极化转换器
CN110187522B (zh) * 2019-05-24 2022-09-09 中国计量大学上虞高等研究院有限公司 硅基Bi2O2Se结构太赫兹波开关
CN113193382B (zh) * 2021-05-20 2022-11-25 山东大学 一种吸波器及电子设备

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102409390B1 (ko) * 2015-10-07 2022-06-15 삼성전자주식회사 그래핀 소자 및 그 동작 방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于石墨烯的电可调太赫兹波移相器研究;邹欢清等;《电子元件与材料》;20141031;第18-20页

Also Published As

Publication number Publication date
CN107134608A (zh) 2017-09-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107134608B (zh) 基于单层石墨烯对称结构电控太赫兹波开关
Zhang et al. A graphene based tunable terahertz sensor with double Fano resonances
Degl’Innocenti et al. Low-bias terahertz amplitude modulator based on split-ring resonators and graphene
CN105490029B (zh) 一种谐波选择性产生的超材料结构
CN107690206B (zh) 一种加热电极结构和加热装置
CN103855228A (zh) 一种基于光学天线的太赫兹探测器件
JP6562938B2 (ja) 炭素繊維を製造するための加熱装置
CN110190404A (zh) 一种工作于太赫兹频段的电磁诱导透明超表面
Yang et al. Further carbonization of anisotropic and isotropic pitch-based carbons by microwave irradiation
CN108333803A (zh) 一种可调太赫兹超材料吸收器
CN204885448U (zh) 一种超材料
CN105044841B (zh) 基于多种介质柱结构的太赫兹波偏振分束器
CN107910620B (zh) 可控太赫兹波开关
CN108732794A (zh) 基于周期性石墨烯结构吸收特性的太赫兹开关及控制方法
CN106707560A (zh) 基于石墨烯薄膜结构电控太赫兹波开关
CN104485501A (zh) 石墨烯三输出端口结构的可调太赫兹波耦合器
CN204925441U (zh) 可调频率太赫兹分路器
CN105448794B (zh) 一种托盘及承载装置
CN105892102B (zh) 基于石墨烯的太赫兹波透射型调制器
CN109149029A (zh) 周期金属结构与石墨烯交互的太赫兹可调滤波器
CN105305087B (zh) 纽扣形太赫兹波偏振转换器
CN107919533A (zh) 一种外力可调节太赫兹波吸收器
CN103682542B (zh) 对称多栅格太赫兹波功分器
Weili et al. Tunable triangular and honeycomb plasma structures in dielectric barrier discharge with mesh-liquid electrodes
Xia et al. Graphene based terahertz amplitude modulation with metallic tortuous ring enhancement

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CP02 Change in the address of a patent holder
CP02 Change in the address of a patent holder

Address after: 313300 comprehensive building of Anji County Science and technology entrepreneurship Park, Sunshine Industrial Park, Dipu Town, Anji County, Huzhou City, Zhejiang Province

Patentee after: China Jiliang University

Address before: 310018, No. 258, Yuen Xue street, Jianggan Economic Development Zone, Zhejiang, Hangzhou

Patentee before: China Jiliang University

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20190419

Termination date: 20210424