基于石墨烯-介质-金属结构的太赫兹双带可调吸收器.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114498070A(43)申请公布日2022.05.13(21)申请号202210255602.6(22)申请日2022.03.16(71)申请人河南工业大学地址450001河南省郑州市高新技术产业开发区莲花街100号河南工业大学科技处(72)发明人付麦霞王金义杨鹏须夏娜叶玉超(51)Int.Cl.H01Q17/00(2006.01)G02B5/00(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称基于石墨烯-介质-金属结构的太赫兹双带可调吸收器(57)摘要本发明提供了一种基于石墨烯‑介质‑金属结构的太赫兹双带可调吸收器。该吸收器自下而上依次由金属层，中间介质层和顶层U形石墨烯图案组成，所述上层U形石墨烯图案在x,y方向呈周期排列，底层金属薄膜、中间介质层和顶层U形石墨烯之间相互贴合。本发明主要通过时域有限差分方法计算模拟出太赫兹波段吸收器的吸收光谱，对吸收器结构进行优化，在太赫兹波段实现了一个宽带和一个单带的吸收，并且本发明在不改变器件结构的情况下，通过调节外加电压可有效调谐吸收率的幅值。另外，本发明结构紧凑，制造简单，可用常规的方法进行制作，避免了工艺复杂，几何尺寸大等缺点。CN114498070ACN114498070A权利要求书1/1页1.基于石墨烯‑介质‑金属结构的太赫兹双带可调吸收器，由周期结构组成，其特征在于包括若干在平面上沿同一个方向周期排列的基本单元；每个基本单元包括三层：上层为U形图案石墨烯层，中间为电介质聚酰亚胺层，下层为金属层；实际加工过程为：首先在衬底上形成介质层薄膜，然后在介质层上采用化学方法或物理方法镀一层石墨烯薄膜形成石墨烯层，按照设定的周期和基本单元的个数，通过光刻或电子束曝光对石墨烯进行刻画，去掉多余的石墨烯薄膜，在同一水平位置开口形成对称的的U形石墨烯图案，进而构成具有周期结构的石墨烯层；当所有石墨烯层一次性刻画完毕后，需要在石墨烯层上镀一层导电胶。2.如权利要求1所述的基于石墨烯‑介质‑金属结构的太赫兹双带可调吸收器，其特征在于，所述的每个基本单元对应的同一水平位置开口形成对称的的U形石墨烯图案结构相同，其具体结构形状如下：U形环的长为15μm，宽为1.5μm，对称U形石墨烯的开口间距为2μm，开口在同一方向上。3.如权利要求1所述的基于石墨烯‑介质‑金属结构的太赫兹双带可调吸收器，其特征在于所述中间电介质层的材料为聚酰亚胺，所述介质层的厚度h=16~17.5μm。4.如权利要求1所述的基于石墨烯‑介质‑金属结构的太赫兹双带可调吸收器，其特征在于所述下层为金属层，其厚度为0.6μm。5.如权利要求1所述的基于石墨烯‑介质‑金属结构的太赫兹双带可调吸收器，其特征在于，所述每个单元结构的周期是15*15μm。6.如权利要求1所述的基于石墨烯‑介质‑金属结构的太赫兹双带可调吸收器，其特征在于，所述石墨烯的费米能级为0.1eV～0.6eV。7.根据权利要求1所述的基于石墨烯‑介质‑金属结构的太赫兹双带可调吸收器，其特征在于：所述U形石墨烯(2)采用化学气相法来制作，U形石墨烯(2)中的开口间距通过激光刻蚀来制作。8.根据权利要求1所述的基于石墨烯‑介质‑金属结构的太赫兹双带可调吸收器，其特征在于：所述U形石墨烯(2)为单层原子排列结构。9.根据权利要求1所述的基于石墨烯‑介质‑金属结构的太赫兹双带可调吸收器，其特征在于：所述底层金属(4)是为了阻止太赫兹波穿透。2CN114498070A说明书1/3页基于石墨烯‑介质‑金属结构的太赫兹双带可调吸收器技术领域[0001]本发明属于太赫兹波应用技术领域。具体是基于石墨烯‑介质‑金属结构的太赫兹双带可调吸收器。背景技术[0002]石墨烯是一层具有六角形晶格的单层碳原子,由于其显著的光电特性，如异常的量子霍尔效应、高载流子迁移率和可调电导率，被认为是调节太赫兹波传播特性的功能性光学材料。此外，与传统的贵金属表面等离子体激元相比，石墨烯表面等离子体激元可以极大地增强光与石墨烯之间的相互作用。因此，基于石墨烯表面等离子体激元的结构具有可调谐、极强约束、低损耗和通过化学掺杂或偏置电压而可调的电导率等优势。[0003]吸收器是指能够吸收入射电磁波的器件，但由天然材料形成的传统吸收器需要结构的尺寸与入射波的波长成正比，这将导致所设计的器件有厚度大的缺陷，限制了小型化的进展。但对于石墨烯而言，其波长远远小于相同频率电磁波在自由空间的波长，利用这一特点，可设计一些亚波长结构，将石墨烯加工成太赫兹波段的超材料以便实现器件的小型化、集成化。基于这些优点，许多基于石墨烯超材料完美吸收器已被广泛研究并成功应用，如化学和生物医学传感器、光探测器、成像和太阳能电池等。[0004]一种石墨烯‑介质‑金