CN110187522B - 硅基Bi2O2Se结构太赫兹波开关 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硅基Bi2O2Se结构太赫兹波开关。它包括上金属方环电极、Bi2O2Se纳米薄膜、硅基底、下金属方环电极、电压源；上金属方环电极位于顶层，上金属方环电极的下层为Bi2O2Se纳米薄膜层，Bi2O2Se纳米薄膜层下层为硅基底，硅基底下层为下金属方环电极，上金属方环电极和下金属方环电极大小形状相同且通过电压源相连，太赫兹波从顶层上方垂直射入顶层几何中心处，808nm波长连续激光从顶层上方45度射入顶层几何中心处，通过调节连续激光功率和外加电压大小，实现对太赫兹波的开关控制。本发明的硅基Bi2O2Se结构太赫兹波开关具有材料新颖，结构简单，便于制作，性能优越等优点，可用于太赫兹波开关控制。

Description

硅基Bi2O2Se结构太赫兹波开关
技术领域
本发明涉及太赫兹波开关，尤其涉及一种硅基Bi2O2Se结构太赫兹波开关。
背景技术
太赫兹一般指的是频率为0.1～10THz的电磁波，其频率范围位于电子学和光子学的交叉区域，它的低频段有一部分与毫米波重叠，它的高频段有一部分与红外波段重叠。在电磁波谱中，太赫兹波处于一个特殊的频段位置，有着许多毫米波和红外波段所不具备的性质，从而使得太赫兹技术在多方面具有十分重要的研究价值，也因此有着广阔的应用前景，受到了世界各国政府和科研机构的关注。然而，受限于高灵敏度的探测器和高效的太赫兹源，长久以来人们对于这一频段的研究数据和成果都较为稀少，使得太赫兹波段的发展一直落后于其它波段。随着技术的进步特别是半导体技术和光电子技术的发展，太赫兹技术在近些年来得到了较大的发展。
太赫兹波开关是太赫兹系统中一个重要的功能器件，太赫兹开关其性能对所应用系统的最终性能具有重大影响。可以说，太赫兹开关性能的好坏对整个太赫兹系统正常的运行起到决定性作用，因此太赫兹开关一直是当前国内外科研人员的研究热点和难题。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，并提供一种硅基Bi2O2Se结构太赫兹波开关。本发明的技术方案如下：
一种硅基Bi2O2Se结构太赫兹波开关，它包括上金属方环电极、Bi2O2Se纳米薄膜、硅基底、下金属方环电极和电压源；上金属方环电极位于顶层，上金属方环电极的下层为Bi2O2Se纳米薄膜，Bi2O2Se纳米薄膜下层为硅基底，硅基底下层为下金属方环电极，上金属方环电极和下金属方环电极大小形状相同且通过电压源相连；太赫兹波从太赫兹波开关的顶层上方垂直射入顶层几何中心处， 808nm波长连续激光从顶层上方45度射入顶层几何中心处，通过调节连续激光功率和电压源的电压大小，实现对太赫兹波的开关控制。
上述方案中的各部件具体参数可采用如下优选方式：
所述的上金属方环电极材料为铜，外边长为1.3～1.5cm，环宽0.3～0.5cm，厚度为200nm。
所述的Bi2O2Se纳米薄膜呈正方形，边长为1.3～1.5cm，厚度为30nm～50nm。
所述的硅基底的电阻率大于10000Ωcm，形状呈正方形，边长为1.3～1.5cm，厚度为500μm。
所述的下金属方环电极材料为铜，外边长为1.3～1.5cm，环宽0.3～0.5cm，厚度为200nm。
所述的电压源为直流稳压电源，电压可调范围为0V～10V。
本发明的硅基Bi2O2Se结构太赫兹波开关具有材料新颖，结构简单，便于制作，性能优越等优点，可用于太赫兹波开关控制。
附图说明
图1是一种硅基Bi2O2Se结构太赫兹波开关三维示意图；
图2是硅基Bi2O2Se结构太赫兹波开关偏置电压和光激发控制测试曲线图；
图3是硅基Bi2O2Se结构太赫兹波开关在10KHz开关频率下测试曲线图；
图4是硅基Bi2O2Se结构太赫兹波开关在光功率0mW和20mW下太赫兹波传输通过开关时能量测试对比图；
具体实施方式
如图1所示，一种硅基Bi2O2Se结构太赫兹波开关，它包括上金属方环电极 1、Bi2O2Se纳米薄膜2、硅基底3、下金属方环电极4和电压源5；上金属方环电极1位于顶层，上金属方环电极1的下层为Bi2O2Se纳米薄膜2，Bi2O2Se纳米薄膜2下层为硅基底3，硅基底3下层为下金属方环电极4，上金属方环电极 1和下金属方环电极4大小形状相同，其外轮廓和内轮廓均为方形。且上金属方环电极1和下金属方环电极4通过电压源5相连，电压源5能够在上金属方环电极1和下金属方环电极4之间施加可调大小的偏置电压。太赫兹波从太赫兹波开关的顶层上方垂直射入顶层几何中心处，808nm波长连续激光从顶层上方以45 度角射入顶层几何中心处，通过调节连续激光功率和电压源5的电压大小，实现对太赫兹波的开关控制。
在该硅基Bi2O2Se结构太赫兹波开关中，各部件的材料和参数可采用如下方式：上金属方环电极1材料为铜，外边长为1.3～1.5cm，环宽0.3～0.5cm，厚度为 200nm。Bi2O2Se纳米薄膜2呈正方形，边长为1.3～1.5cm，厚度为30nm～50nm。硅基底3的电阻率大于10000Ωcm，形状呈正方形，边长为1.3～1.5cm，厚度为500μm。下金属方环电极4材料为铜，外边长为1.3～1.5cm，环宽0.3～0.5cm，厚度为200nm。电压源5为直流稳压电源，电压可调范围为0V～10V。
实施例1
本实施例中，硅基Bi2O2Se结构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：
上金属方环电极材料为铜，外边为1.5cm，环宽0.5cm，厚度为200nm。Bi2O2Se 纳米薄膜呈正方形，边长为1.5cm，厚度为30nm。硅基底的电阻率大于10000Ω cm，形状呈正方形，边长为1.5cm，厚度为500μm。下金属方环电极材料为铜，外边长为1.5cm，环宽0.5cm，厚度200nm。电压源为直流稳压电源，电压可调范围为0V～10V。太赫兹波从顶层上方垂直射入顶层几何中心处，808nm波长连续激光从顶层上方以与顶层平面呈45度夹角射入顶层几何中心处，通过调节连续激光功率和电压源的偏置电压大小，实现对太赫兹波的开关控制。图2为硅基 Bi2O2Se结构太赫兹波开关偏置电压和光激发控制的测试曲线图，在光功率 50mW下，当偏压从0变为-4V时，开关消光比达到64％。随着光功率进一步增加到200mW，当施加-4V偏压时，开关消光比增加到最大值93％。对于三种不同功率的光激发，太赫兹透射率在约-3V的负偏压下达到饱和点。图3为硅基 Bi2O2Se结构太赫兹波开关在10KHz开关频率下测试曲线图，消光比度随外加光功率的增加而增大。图4为硅基Bi2O2Se结构太赫兹波开关在外加光功率0mW 和200mW下能量测试对比图，可以看到在无光照条件下，太赫兹波能量几乎100％传输透过开关。随着外加光功率增加至200mW，太赫兹波能量几乎无法透过开关传输，这时太赫兹波传输能量接近于零。该结构很好实现了太赫兹波开关功能。

Claims (2)

1.一种硅基Bi2O2Se结构太赫兹波开关，其特征在于包括上金属方环电极（1）、Bi2O2Se纳米薄膜（2）、硅基底（3）、下金属方环电极（4）和电压源（5）；上金属方环电极（1）位于顶层，上金属方环电极（1）的下层为Bi2O2Se纳米薄膜（2），Bi2O2Se纳米薄膜（2）下层为硅基底（3），硅基底（3）下层为下金属方环电极（4），上金属方环电极（1）和下金属方环电极（4）大小形状相同且通过电压源（5）相连；太赫兹波从太赫兹波开关的顶层上方垂直射入顶层几何中心处，808nm波长连续激光从顶层上方45度射入顶层几何中心处，通过调节连续激光功率和电压源（5）的电压大小，实现对太赫兹波的开关控制；
所述的上金属方环电极（1）材料为铜，外边长为1.3~1.5cm，环宽0.3~0.5cm，厚度为200nm；
所述的Bi2O2Se纳米薄膜（2）呈正方形，边长为1.3~1.5cm，厚度为30nm~50nm；
所述的硅基底（3）的电阻率大于10000Ω cm，形状呈正方形，边长为1.3~1.5cm，厚度为500µm；
所述的下金属方环电极（4）材料为铜，外边长为1.3~1.5cm，环宽0.3~0.5cm，厚度为200nm。
2.如权利要求1所述的硅基Bi2O2Se结构太赫兹波开关，其特征在于所述的电压源（5）为直流稳压电源，电压可调范围为0V~10V。
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