一种基于低维电子等离子体波的太赫兹调制器及其制造方法 |
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| 申请号 | CN201410256651.7 | 申请日 | 2014-06-10 | 公开(公告)号 | CN105204190A | 公开(公告)日 | 2015-12-30 |
| 申请人 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所; | 发明人 | 黄永丹; 秦华; 张志鹏; 余耀; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提出一种基于低维 电子 等离子体 波 的太赫兹 调制器 和制造方法以及一种高速调制方法，所述太赫兹调制器包括等离激元和 谐振腔 ；本发明基于电子集体振荡( 等离子体波 ，即等离激元，Plasmon)引起的共振吸收机制。为了增强太赫兹波和等离激元的耦合强度，将具有光栅栅极的GaN/AlGaN高电子迁移率晶体管结构集成在一个太赫兹法布里-玻罗谐振腔里，等离激元与谐振腔模式的强耦合形成了等离极化激元。强耦合作用使得谐振腔模式的透射系数在共振点最小，通过光栅栅压的改变，调控等离激元和腔模的共振条件，实现对太赫兹波的高效、高速调制。本发明对该器件的工作原理和实现工艺技术都做了详细的介绍，为相关应用提供一种较佳的解决方案。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于低维电子等离子体波的太赫兹调制器，包括等离激元和谐振腔；其特征在于， |
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| 说明书全文 | 一种基于低维电子等离子体波的太赫兹调制器及其制造方法 技术领域背景技术[0002] 太赫兹波在电子、通信、生命科学、国防、航天和医疗等方面具有非常重要的应用。太赫兹功能器件在太赫兹系统中占据核心地位。在太赫兹高速成像和通信系统中，高性能调制器占据重要地位。目前国际上还没有研制成电驱动的高调制速度和大调制深度的太赫兹调制器，故阻碍了其发展和应用。 [0003] 现有的固态太赫兹调制器的技术方案主要是基于单电子行为的Drude电导率变化引起的太赫兹波非共振吸收机制。按实现的材料分，主要有基于半导体二维电子气、半导体复合超材料和石墨烯等材料的调制器。 [0004] 二维电子气调制器：通过栅极电控制二维电子气的浓度来改变其电导率，从而改变入射太赫兹辐射的透射强度。该方法可以在室温下工作，但是其最大调制深度只有3％，距离实际推广应用还有很大差距。该类调制器没有利用等离子体波特性。原理是太赫兹波的透射强度与二维电子气的电导率有关。 [0005] 半导体复合超材料调制器：超材料是一种由小于激励电磁波波长的结构单元(“atoms”)构成的、具有电磁共振响应的人工介质。制作半导体复合超材料，可以在几何设计和超材料电磁结构参数上进行调节从而改变其共振特性，利用该原理可以实现对太赫兹辐射的有效调控。在掺杂半导体外延层上制作超材料形成肖特基二极管结构，通过电压调节劈裂环共振器(Split-Ring Resonator，SRR)结构单元缝隙处附近的半导体衬底层载流子浓度来改变共振强度，故在共振频点的太赫兹波透射强度可以通过电调制实现。该方法可以实现室温下调制深度达50％和调制速度达2MHz的太赫兹调制。另外一种复合超材料结构是将高电子迁移率晶体管(HEMT)集成在SRR的缝隙处，通过栅极改变沟道的电子浓度来改变SRR的电容进而调节SRR共振强度。该器件的调制深度可达33％，最高调制速度达10MHz。在太赫兹波段，现有调制器的专利技术主要利用超材料实现，例如，2009年Houtong Chen等人申请的名为“主动型太赫兹超材料器件”的美国发明专利。 [0007] 现有技术的缺点主要有： [0008] 现有技术的调制深度普遍不高，最高的也只能达50％，说明这些机制的能量损耗方式不是很有效；此外，高速调制是调制器最重要的性能指标之一，而现有技术的调制速度不高(最高调制速度为10MHz)。 [0009] 导致这些缺点的根本原因主要有：a)二维电子气和石墨烯的载流子层很薄，电磁波与载流子相互作用时间短，如果没有实现强耦合则调制效率不高；b)Drude电导率模型的耗散是单个自由载流子受到外界散射(声子、杂质和缺陷等)引起的。电磁波是与单粒子耦合的，故太赫兹波的这种损耗机制不是很高效；c)大面积器件的调制速度受限于器件的寄生电容和电阻，如半导体复合超材料加栅压形成的耗尽层电容和电阻。 [0010] 目前尚未见有采用低维电子等离子体波实现太赫兹调制器的相关文献报道。 发明内容[0011] 本发明要解决的技术问题是提供一种能实现高速和大调制深度的太赫兹调制器，利用了太赫兹波腔模与等离子体波模式强耦合后形成的等离极化激元实现对太赫兹波的高效调制。为实现太赫兹高速成像和高速通信所必须的调制器提供一种可能的解决方案。 [0012] 本发明所述的太赫兹调制器，包括等离激元和谐振腔；其中， [0013] 所述等离激元包括： [0014] GaN/AlGaN之高电子迁移率晶体管，其包括：源极、漏极和光栅栅极； [0015] 位于所述晶体管的半导体异质界面处窄带隙半导体一侧形成的准二维电子层，用于激发等离子体波； [0017] 如上所述的太赫兹调制器，其中所述光栅栅极为一维光栅或者插指型光栅。 [0018] 如上所述的太赫兹调制器，其中所述谐振腔可以为减薄样品本身界面形成的Fabry-Pérot(简称F-P)谐振腔或者由相同介质层组成的对称谐振腔结构。 [0019] 本发明还提出一种基于高电子迁移率晶体管的高速调制方法，包括： [0021] 所述晶体管具有光栅栅极，光栅栅极将二维电子气中二维等离子体波和太赫兹谐振腔模式进行强耦合形成等离极化激元； [0022] 调节光栅栅压，使其达到等离激元和谐振腔模的共振条件； [0023] 将栅压在共振和非共振点之间进行切换，实现对谐振腔模式的有效调制。 [0024] 如上所述的高速调制方法，其中，等离激元的共振频率依赖于电子浓度ns、波矢q以及有效介电常数 即 (W为栅长，m＝1,2,3...)。 [0025] 如上所述的高速调制方法，其中，Fabry-Pérot(F-P)谐振腔模式与谐振腔介质的折射率 和厚度D有关，其共振频率为 [0026] 其中，当等离激元与谐振腔模式共振强耦合时，出现等离极化激元的两分支，这是强耦合的重要特征。 [0027] 本发明还提出了一种太赫兹调制器的制造方法，包括步骤如下： [0028] 一、在GaN/AlGaN二维电子气材料小片上形成器件有源区的二维电子气台面； [0029] 二、形成源、漏欧姆接触； [0030] 三、形成光栅栅极； [0032] 五、对蓝宝石衬底的背面进行减薄并抛光，以形成谐振腔结构。 [0033] 本发明还公开一种带有对称介质谐振腔的太赫兹调制器的制造方法，包括制造介质谐振腔和将介质谐振腔与二维电子气芯片键合在一起的步骤，其中，所述制造介质谐振腔的步骤包括：对谐振腔平板材料进行减薄并抛光；在谐振腔平板材料上进行晶片键合区的图形转移；在键合的金属区域实现倒装焊图形的转移。 [0034] 本发明具有显著的特点，由于二维电子气中的等离子体波是电子的集体振荡，其固有的强束缚电场能实现与太赫兹波的强耦合，故其对太赫兹波的调制效率很高。相对于单电子行为的损耗机制，本发明的集体振荡模式的损耗则更为有效，这有利于产生大的调制深度。将二维电子气的等离子体波集成在太赫兹谐振腔里以实现强耦合，通过对等离激元的调控以实现对谐振腔共振模式的高效调控。 [0035] 本发明利用了太赫兹波腔模与等离子体波模式强耦合后形成的等离极化激元实现对太赫兹波的高效调制。能实现高速(约1GHz)和大调制深度(70％即10dB以上)的调制，为实现太赫兹高速成像和高速通信所必须的调制器提供一种可能的解决方案。附图说明 [0036] 图1为本发明所述太赫兹调制器的结构原理示意图； [0037] 图2为本发明所述太赫兹调制器中的光栅栅极示意图，其中图2a为一维光栅栅极，图2b为插指光栅栅极； [0038] 图3为本发明所述太赫兹调制器中对称谐振腔的结构示意图； [0039] 图4为本发明所述太赫兹调制器在工作状态下的各电极偏置示意图； [0040] 图5为等离子激元和自由空间太赫兹光的色散关系曲线； [0041] 图6为等离子激元与谐振腔模式强耦合形成等离极化激元的两分支ω+和ω-曲线图； [0042] 图7为计算得出的等离极化激元本征模式； [0043] 图8为实验测得频率为1.07THz的腔模透射系数随栅压的变化关系图； [0044] 图9为本发明所述太赫兹调制器的制作流程图； [0045] 图10为基本太赫兹调制器结构制造工艺的具体流程图。 具体实施方式[0046] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行示例性的详细说明。 [0047] 为了便于本领域技术人员理解，本发明提供的相关术语解释如下。 [0048] 1)太赫兹波(terahertz wave，terahertz radiation)：太赫兹波是指频率为12 0.1-10THz(1THz＝1000GHz＝10 Hz)、波长为30微米至3毫米的电磁波，处在电磁波频谱的毫米波波段和红外光波段之间，也称为亚毫米波或远红外线。 [0049] 2)太赫兹调制器(terahertz modulator)：是指能够对太赫兹波的电磁特性(电场强度或相位)进行有效调控的器件或装置。 [0050] 3)太赫兹谐振腔(terahertz cavity)：指能够支持特定太赫兹波驻波模式的电磁介质结构，包括金属波导谐振腔和介质波导谐振腔。法布里谐振腔同属金属波导谐振腔或介质波导谐振腔，腔内填充低损耗介电材料或真空(空气)，腔面可以是具有高反射率的金属镀膜或介质-空气界面。 [0051] 4)二维电子气(two-dimensional electron gas，2DEG)：在某一空间维度的运动受到限制，而在另外两个维度则可以自由运动的具有一定浓度的电子体系。固体中一般是在半导体异质界面处窄带隙半导体一侧形成的准二维电子层，如GaAs/AlGaAs异质结界面处GaAs一侧的二维电子气和GaN/AlGaN异质结界面处GaN一侧的二维电子气。由于异质结中二维电子气中的电子可以与掺杂杂质在空间上有效分离，因此二维电子气具有比相应半导体体材料中载流子更高的迁移率。 [0052] 5)等离子体波(plasma wave，plasmon)：是指同一种极性电荷的集合体在相反极性电荷背景下产生的密度波动，具有波的特性，是一种电荷的集体激发。等离子体波振荡的准粒子是等离激元(plasmon)，实际上就是电荷密度振荡的元激发。在此专利中指半导体二维电子气中的电荷密度振荡波，称为二维等离子体波或二维等离激元。 [0053] 6)等离极化激元：腔光子与物质元激发强耦合形成的相干混合态。在本专利中指二维电子气中等离激元与太赫兹谐振腔腔模强耦合形成的混合态，它是该强耦合体系的本征态。其特征在于，当等离激元与谐振腔模式共振时会出现反交叉特征。 [0054] 7)高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transistor，HEMT)：用半导体异质结材料制作的场效应晶体管，由于电子与掺杂区分离，晶体管沟道中的电子具有很高的迁移率，故该晶体管称作高电子迁移率晶体管。 [0055] 8)幅值调制深度：电磁波电场幅值的变化ΔA与原电场幅值A比的百分值，即η＝ΔA/A×100％。 [0056] 本发明提出了一种太赫兹调制器，其基本原理是基于电子集体振荡(Plasmon，即等离子激元，或称等离子体波)引起的共振吸收机制，为了增强太赫兹波和等离子激元的耦合强度，将具有光栅耦合二维电子气的HEMT结构集成在太赫兹谐振腔里，从而提出一种太赫兹调制器。本发明太赫兹调制器利用强耦合作用使得谐振腔模式的透射系数在共振点最小，当调控等离子激元的振荡频率使得系统在共振点和非共振点切换时，能够实现对谐振腔共振模式的有效调制。 [0057] 图1所示的是最基本的太赫兹调制器器件结构示意图，主要包括等离激元和谐振腔两个单元。 [0058] 所述等离激元，包括： [0059] 具有光栅栅极的GaN/AlGaN之HEMT结构，包括源极1、漏极2、光栅栅极3； [0060] 半导体异质界面处窄带隙半导体一侧形成的准二维电子层，即二维电子气4，它是等离子体波6的载体，或者说，它用于激发等离子体波； [0061] 所述谐振腔，则是由经减薄的蓝宝石介质材料形成的介质谐振腔5。优选地，本发明采用蓝宝石材料经减薄处理后作为谐振腔介质材料。 [0062] 具体地说，谐振腔应该包括光栅与样品接触的表面到衬底的下表面形成的介质谐振腔，二维电子气4的上面，有很薄一层栅极势垒层，其也包含在谐振腔里，主要原因是该层很薄且折射率与衬底很接近，故可以统一称之为介质谐振腔。 [0063] 其中，源极1和漏极2可采用传统的欧姆接触工艺实现，使其接触电阻越小越好。 [0064] 其中，对于形成在GaAs/AlGaAs异质结界面处GaAs一侧的二维电子气和GaN/AlGaN异质结界面处GaN一侧的二维电子气而言，其主要有两个关键参数。一是高电子迁移率，迁移率越高，等离子体波的品质因子就越高，就能实现更强的耦合。一般而言，对于GaN/2 AlGaN二维电子气，其室温迁移率在2000cm/Vs量级。实验上能观察到的等离激元共振吸 2 收的最高温度接近200K。形成有效的等离激元振荡要求电子迁移率在10000cm/Vs量级及以上。第二个参数是高二维电子气的浓度，浓度越高越有利于得到较高的品质因子，并且在其它条件相同的情况下具有更高的振荡频率，故器件可以覆盖更宽的频谱范围。 [0065] 其它的二维电子气材料包括：GaAs/AlGaAs、InGaAs/AlGaAs、石墨烯、MoS2等。 [0066] 图1中还示意出，腔模电场7经过光栅的近场增强与等离子体波6的束缚电场耦合，可实现强耦合。 [0068] 图1中的附图标记8表示入射的太赫兹波，附图标记9通过所述太赫兹调制器后的透射太赫兹波。 [0069] 图2给出了关于本发明所述的太赫兹调制器中的光栅栅极的两个实施例。 [0070] 图2a给出的是一维光栅，其中，器件的源极为S，漏极为D，栅极用G表示。栅长为W，L为光栅周期，其等于栅长与栅间距之和。 [0071] 图2b则为插指型光栅，其中，光栅G1的栅长为W1，光栅G2的栅长为W2，栅间距为S。 [0072] 需要说明的是，光栅起耦合作用，一方面其周期必须远小于太赫兹波长(光栅周期L≤λTHz100)，另一方面，光栅在太赫兹波段的损耗很小，则要求光栅的金属厚度必须大于趋肤深度(≥120nm)。 [0073] 光栅栅极的作用在于：通过调整光栅栅压来调控等离子体波。 [0074] 除了上述的一维光栅和插指金属光栅外，光栅栅极还包括平面二维网格光栅、同心圆形光栅、太赫兹超材料和二维电子气台面的周期性结构或图形。 [0075] 图1给出的谐振腔结构采用了最简单的衬底，属于基本的平板式谐振腔。因此，本发明还提出了如图3所示的利用衬底和另外一块相同厚度的相同介质组成的对称谐振腔结构。 [0076] 对于上述的介质谐振腔来说，介质材料选取的依据是对太赫兹波具有尽可能小的吸收，同时也需要满足高电子迁移率二维电子气材料异质结生长的要求。对于GaN/AlGaN材料，蓝宝石衬底对太赫兹波吸收小，并且其机械强度高，更有利于加工成更小尺寸的谐振腔。一般要求谐振腔的尺寸在所考虑频段波长的量级，这主要是为了方便形成分立的腔模。 [0077] 除图3所述的Fabry-Pérot平板谐振腔外，还可以是与二维电子气共面的谐振腔，如太赫兹共面波导(Co-planar Waveguide，即CPW)、狭缝天线(Slot Antenna)和太赫兹超材料共振器(Terahertz Metamaterial Resonator)等。 [0078] 所述准二维电子层为半导体二维电子沟道中的电子，利用所述电子的集体振荡来实现对太赫兹波的共振吸收，通过与谐振腔模式强耦合进一步增强吸收。 [0079] 基于二维等离体波共振吸收的原理：利用二维电子沟道中电子的集体振荡来实现对太赫兹波的共振吸收，通过与谐振腔模式强耦合进一步增强吸收。该物理机制是本发明的本质。 [0080] 图4至图8用来详细说明本发明提出的所述的基于高电子迁移率晶体管HEMT结构的高速调制方法。 [0081] 图4为本发明所述太赫兹调制器工作时电压偏置示意图，如图4所示，它是一个具有光栅栅极的GaN/AlGaN高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transistor，简称HEMT)结构。 [0082] 本发明所述的太赫兹调制器的调制原理是，光栅将二维电子气中等离子体波与太赫兹谐振腔模式进行强耦合，由此形成等离极化激元。通过光栅栅压调控等离激元和腔模的共振条件，使体系在共振点和非共振点切换以达到调控太赫兹腔模透射的目的。 [0083] 当太赫兹调制器器件工作时，源极和漏极接地，向栅极提供一负直流栅压VG和交流调制信号(幅值为 )，如图4所示。等离激元的共振频率依赖于电子浓度ns、波矢q以及有效介电常数 (屏蔽效应)，即 (W为栅长，m＝1,2,3...)。电子浓度受栅压调控，器件物理模型的缓变沟道近似得到的电子浓度和栅压的关系为(其中，Vth为电子浓度耗尽的阈值电压，C为栅极的单 位电容，ε0为真空介电常数，εAlGaN为栅极势垒层的介电常数，d为势垒层的厚度，即二维电子气离样品表面的距离)。交流调制信号使得等离激元的共振频率不断变化。等离激元与自由空间的太赫兹波的色散关系曲线见图5所示。 [0084] 图5中，虚线表示两者共振，即发生等离激元的共振吸收。Fabry-Pérot(F-P)谐振腔模式与谐振腔介质的折射率 和厚度D有关，其共振频率为 [0085] 参考图6，当等离激元与谐振腔模式共振强耦合时，就会出现等离极化激元的两个分支，即图6中所示的ω+和ω-。如图7所示，为计算出一结构的强耦合本征模式，图7标出了某个等离极化激元(m＝1，k＝2)的上支(UPP)和下支(LPP)，竖直的直线标出了等离激元与谐振腔模式的共振耦合点所对应的直流栅压，大约是在-2.5V右。 [0086] 当通过栅压调控时，实质上调控了二维电子气的电子浓度，使得栅控等离激元与谐振腔模式发生共振，原来为透射峰的谐振腔模式就会被等离激元共振所吸收掉。故当将栅压在共振和非共振点之间进行切换时，就实现了对谐振腔模式的有效调制。这就是本发明所述太赫兹调制器的基本工作原理。 [0087] 器件的低温时域透射光谱证明了其作为太赫兹调制器具有很大潜力。为更加明确地阐述调制方法，如图8所示为器件工作时的偏置示意图。在共振点时，腔模的透射最小，当外加的调制信号将栅压调到非共振点时，腔模的透射达到最大。图中标出了器件的直流工作电压和最佳外加调制高频信号。图8为实验结果中取频率为1.07THz时，腔模的透射系数随栅压变化的曲线。图8中标出了器件直流工作栅压以及所加高频调制信号，从图8中可以看出，在共振点附近，透射率随栅压变化有很好的线性度，即透射率随栅压变化呈线性关系。图8中的虚线所表示的“类似正弦波”的波形代表被调制的太赫兹波透射系数，其幅值调制深度为η1.07THz＝66％。该调制深度均高于以往的现有技术中所公开的太赫兹调制器性能。 [0088] 参考图9，本发明还提出了一种太赫兹调制器的制造方法，包括步骤如下： [0089] 一、在GaN/AlGaN二维电子气材料小片上形成的器件有源区的二维电子气台面； [0090] 二、形成源、漏欧姆接触； [0091] 三、形成光栅栅极； [0092] 四、形成光栅栅极和欧姆接触的引线电极以及用于晶片键合的图形转移； [0093] 五、对蓝宝石衬底的背面进行减薄并抛光，以形成谐振腔结构。 [0094] 基于图9的技术思路，图10给出的更为详尽的太赫兹调制器的制造工艺流程图，适用于批量化生产，具体说明如下： [0095] S1001、裂片：将2寸GaN/AlGaN二维电子气原片通过激光划片机切成长宽都为1.5厘米的方型小片。 [0096] S1002、形成二维电子气台面：采用紫外曝光技术(简称光刻)实现二维电子气台面的图形转移，然后，采用感应耦合等离子体(ICP)刻蚀二维电子气材料，以形成器件有源区台面。 [0097] S1003、欧姆接触：光刻，采用电子束蒸发工艺，在二维电子气台面上蒸镀欧姆接触的多层金属结构，经过剥离后，形成欧姆接触金属图形。对于GaN/AlGaN HEMT，一般采用Ti/Al/Ni/Au(20/120/70/100nm)。最后在快速退火炉里的氮气环境下，在900℃退火30秒，即形成源漏欧姆接触。 [0099] S1005、引线电极：光刻，实现光栅栅极的引线电极、欧姆接触引线电极和用于晶片键合的图形转移。采用电子束蒸发蒸镀Ti/Au或Ni/Au(20/300nm)，经剥离后形成相应的电极结构。 [0100] S1006、对衬底谐振腔采用减薄机和化学机械进行抛光，从样品背面进行减薄并抛光，以形成谐振腔结构，减薄后的厚度一般在100至200微米之间； [0102] 如前所述，图3中给出了除了最基本的衬底谐振腔结构之外的另外一种具体结构，它是带有对称介质谐振腔的太赫兹调制器，对称的两个谐振腔“共用”一个等离激元，即在图10流程中最终制得的二维电子气芯片上，对称设置有另一谐振腔10，该谐振腔10与二维电子气芯片的谐振腔“共用”一个等离激元。因此，本发明还提供了该种不同谐振腔的太赫兹调制器的制造方法实施例。 [0103] 关于带有对称介质谐振腔的太赫兹调制器的制造方法如下所示： [0104] 对于如图3所示的带有对称介质谐振腔的太赫兹调制器，相当于在图1给出的典型的太赫兹调制器基础上，增加一个介质谐振腔，由此形成具有对称介质谐振腔的太赫兹调制器。其制造方法包括制造介质谐振腔10和将该谐振腔与上述二维电子气芯片键合在一起的步骤，在这里所述的介质谐振腔是指与二维电子气芯片对称设置的介质谐振腔10，该制造介质谐振腔的步骤简述如下： [0105] 1)采用减薄机和化学机械抛光工艺，对谐振腔平板材料(蓝宝石)进行减薄并抛光； [0106] 2)光刻，在谐振腔平板材料上实现晶片键合区的图形转移；可通过电子束蒸发蒸镀Ti/Au或Ni/Au(20/300nm)形成晶片键合的金属区域； [0107] 3)光刻，在键合的金属区域实现倒装焊图形的转移；可通过热蒸发蒸镀铟，并剥离得到倒装焊所需铟柱； [0108] 最后，通过倒装焊技术，将经上述步骤所制得的介质谐振腔和经过图10步骤最终制得的二维电子气芯片键合在一起，就形成了带有对称介质谐振腔的太赫兹调制器。 [0109] 其中，在谐振腔平板材料上进行晶片键合区的图形转移的步骤，通过电子束蒸发蒸镀Ti/Au或Ni/Au并剥离形成晶片键合的金属区域实现。 [0110] 在键合的金属区域进行倒装焊图形的转移的步骤，通过热蒸发蒸镀铟，并剥离得到倒装焊所需铟柱实现。 [0111] 将二维电子气芯片和介质谐振腔键合在一起的步骤包括，可通过倒装焊技术实现，即将两者如图3所示的位置关系对准，加热后再施加压力，使二者通过金-铟固熔结合在一起，最后在回流炉里回流使得键合更牢固。 [0112] 本发明的优点具体体现在以下几个方面： [0113] 1)由于等离子体波与太赫兹腔模处于强耦合状态，且等离子体波是电子的集体振荡(集体响应极快)，所以它具有调制深度大和速度高的优点； [0114] 2)GaN/AlGaN异质结中二维电子气的电子浓度较高，通过栅极调控可以覆盖更宽的太赫兹频带； [0115] 3)器件虽为窄带工作，但是可以工作在多个频点，并且工作频点和工作电压可以跟据理论和需求来设计，故该器件的灵活性较高； [0116] 4)当等离激元的品质因子高时，调制器工作时需要的调制信号幅值相对较小，这将有利于高速应用和降低功耗； [0117] 5)蓝宝石衬底本身对太赫兹波的吸收很小，故其相对于掺杂半导体损耗更小； [0118] 6)蓝宝石衬底很结实，故器件可减薄至100至200微米之间也不会造成损坏并且有足够的机械强度。 [0119] 综上所述，与现有技术中的单电子行为的技术方案不同的是，本发明基于电子集体振荡(等离子体波，即等离激元，Plasmon)引起的共振吸收机制。为了增强太赫兹波和等离激元的耦合强度，将具有光栅耦合二维电子气的HEMT(高电子迁移率晶体管)结构集成在太赫兹谐振腔里。强耦合作用使得谐振腔模式的透射系数在共振点最小，通过光栅栅压的改变，调控等离激元和腔模的共振条件，达到调控太赫兹波透射的目的。当调控等离激元的振荡频率使得系统在非共振点和共振点切换时就实现了对谐振腔共振模式的有效调制。本发明对太赫兹调制器的物理机制和实现工艺技术都做了详细的介绍，为相关应用提供一种可能的解决方案。由于采用“光”(太赫兹波)和“物质”(等离激元)的强耦合，故本发明具有突出的实质性特点和显著地进步。 [0120] 以上所述的具体实施方式是用于帮助理解本发明的目的、技术方案和有益效果，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 |
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