硅基复合结构及其太赫兹调控特性研究

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2、构及其太赫兹调控特性研究（题名和副题名）李加洋（作者姓名）指导教师文岐业教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士专业学位类别工程硕士工程领域名称材料工程提交论文日期2016.03.18论文答辩日期2016.05.20学位授予单位和日期电子科技大学2016年06月27日答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。RESEARCHOFSILICONCOMPOSITESTRUCTUREANDTERAHERTZCONTROLCHARACTERISTICSAMasterThesisSubmit

3、tedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:MasterofEngineeringAuthor:LiJiayangSupervisor:Prof.WenQiyeSchool:SchoolofMicroelectronicsandSolid-StateElectronics独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加Ｗ标注和致谢的地方夕ｈ论文中不包含其他人已经发表或撰写过的

4、研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育化构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。？作者签名；考古Ｃ日期年＾月＾日乎论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可Ｗ采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位

5、论文在解密后应遵守此规定）作者签名：导师签名：日期；年＾月曼日摘要摘要随着太赫兹辐射源和探测装置的种类和性能不断发展，人们对于太赫兹波的认知越来越全面，太赫兹技术的相关应用也不断影响到各个领域。由于其独特的电磁频谱特性，在医学检测、通信、成像和探测等领域的作用有望超过其他频段的波谱。然而传统的功能器件如调制器/开关、滤波器、吸收器和极化器等无法用于太赫兹波段，各个领域对功能器件的需求日益迫切。但是，不同领域需要的功能器件的性能都有所差别，例如在太赫兹通信中，需要调制速率足够快的调制器来缩短通信传输的时间，而对

6、其调制深度要求并不高；但在太赫兹成像中则要求调制器具备足够大的调制深度去提高成像系统的清晰度和精确度，相对对其调制速率的要求却很低，一般kHz量级的调制速率足够满足成像需求。本文提出两种硅复合结构提高调制器件的调制深度。首先将掺金硅与单层石墨烯薄膜结合，形成硅/石墨烯复合结构，该复合结构在激光作用下可有效提高器件的调制深度。当没有激光作用时，石墨烯和掺金硅都对太赫兹波高度透明，其透射率为65%；当有激光作用在掺金硅表面，产生的光生载流子由于浓度差向石墨烯层扩散，在“石墨烯-掺金硅”界面形成电导层，由于石墨烯具有极高的电子

7、迁移率，因此形成的电导层会大幅度吸收和反射太赫兹波，透射率降为45%，调制深度比掺金硅提高50%，调制速率可达2.2MHz。其次，在高阻硅衬底上制作一种二维光子晶体，形成光子晶体/高阻硅复合结构。该复合结构不但可以增加器件的调制深度，还能减小插入损耗。说明了四种不同的入射方式对调制特性的影响，并给出了合理的解释。当激光作用于硅层时，形成的电导层不但吸收从正面入射的太赫兹波，还将一部分太赫兹波以漫反射的形式反射到光子晶体中，被局域在光子晶体中并对入射的太赫兹波产生干扰，从而降低太赫兹波的透射幅度，提高调试深度，最大调制深度

8、可达97%，但调制速率较小，只有10kHz。最后，将Si-PC复合结构用于THz成像中，进一步说明这种复合结构对调制深度的增加。本论文提出的两种硅复合结构能有效提高调制器件的调制深度，实现工艺简单，成本低廉，提高效果较好，使用于太赫兹成像系统中。关键词：复合结构掺金硅石墨烯光子晶体IABSTRACTABSTRACTW