一种太赫兹调制器的制作方法

本申请涉及太赫兹波调制技术领域，具体而言，涉及一种太赫兹调制器。

背景技术：

太赫兹(terahertz，简称thz，1thz＝1024hz)波是指频率范围在0.1-10thz，相应的波长在3mm-30μm，介于毫米波和红外光学之间的电磁波谱区域。随着现代科学技术的发展，人们对毫米波和红外光的研究不断深入，其器件和应用技术日趋成熟，形成了毫米波和红外光学两大应用和研究领域。

在对太赫兹波进行使用时需要对太赫兹波进行调制，对太赫兹波进行调制是指调整器件的太赫兹波透过率，现有的太赫兹调制器件调制效果较差，调制深度较小，无法满足调制需求。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请提供了一种太赫兹调制器，以改善现有的太赫兹调制器件无法满足调制需求等问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供了一种太赫兹调制器，所述太赫兹调制器包括：衬底、第一电极、第二电极以及电压电流源；所述衬底包括相对的第一表面及第二表面，所述第一电极设置于所述第一表面、所述第二电极设置于所述第二表面；所述电压电流源包括正极输出端及负极输出端，所述正极输出端与所述第一电极电连接，所述负极输出端与所述第二电极电连接；所述电压电流源用于调节输出至所述衬底的电压，以使所述衬底进入雪崩击穿状态；所述电压电流源还用于当所述衬底进入雪崩击穿状态时转换为电流源，调节输出至所述衬底的电流以调整所述衬底的太赫兹波透过率。

进一步地，所述电压电流源的额定电流大于所述衬底的雪崩击穿电流。

进一步地，所述衬底的厚度小于1000μm。

进一步地，所述衬底的厚度为300μm。

进一步地，所述衬底的电阻率小于100ω·cm。

进一步地，所述第一电极、所述第二电极的厚度为200μm。

进一步地，所述第一电极为条形电极或环形电极。

进一步地，所述第二电极为环形电极或条形电极。

进一步地，所述衬底的材料包括p型硅、n型硅、锗或砷化镓中的一种。

相对于现有技术，本申请提供的太赫兹调制器具有如下有益效果：

本申请提供的太赫兹调制器包括衬底、第一电极、第二电极以及电压电流源；利用电压电流源在衬底材料上施加电压，使得衬底由未雪崩击穿状态转换到雪崩击穿状态。衬底进入雪崩击穿状态后，通过电压电流源调节器件上的电流大小，从而实现对太赫兹波的调制。电流越大，太赫兹波透过率越低，电流越小，太赫兹波的透过率越高。通过使用电压电流源，电压电流源在衬底未击穿状态下是电压源，在衬底发生击穿时，作为电流源，从而实现电流的动态可调，调整太赫兹波的透过率，从而实现太赫兹波的调制。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明提供的一种太赫兹调制器的示意图。

图2示出了本发明提供的太赫兹调制器第一视角视图。

图3示出了本发明提供的太赫兹调制器第二视角视图。

图4示出了本发明提供的太赫兹调制器第三视角视图。

图5示出了衬底材料的i-v曲线示意图。

图标：100-太赫兹调制器；110-衬底；111-第一表面；112-第二表面；120-第一电极；130-第二电极；140-电压电流源；141-正极输出端；142-负极输出端。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。

在本发明的描述中，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

太赫兹波是指频率在0.1thz到10thz范围的电磁波，波长大概在0.03到3mm的范围，介于微波与红外之间。随着现代科学技术的发展，人们对毫米波和红外光的研究不断深入，其器件和应用技术日趋成熟，形成了毫米波和红外光学两大应用和研究领域。在对太赫兹波进行使用时需要对太赫兹波进行调制，对太赫兹波进行调制是指调整器件的太赫兹波透过率，现有的太赫兹调制器件调制效果较差，调制深度较小，无法满足调制需求。

为了改善上述问题，本申请提供了一种太赫兹调制器100，参阅图1～图4，图1示出了本申请实施例提供的太赫兹调制器100的结构示意图。本实施例提供的太赫兹调制器100包括衬底110、电极及电压电流源140。衬底110包括相对的第一表面111及第二表面112，电极包括第一电极120及第二电极130，第一电极120设置于第一表面111、第二电极130设置于第二表面112。

电压电流源140包括正极输出端141及负极输出端142，其中，正极输出端141与第一电极120电连接，负极输出端142与第二电极130电连接。

该电压电流源140用以对衬底110施加电信号，调节施加在衬底110上的电压以使衬底110材料由未雪崩击穿状态转换至雪崩击穿状态，当衬底110材料转换至雪崩击穿状态后，电压电流源140用于调节输出电流的大小，调节衬底110的载流子浓度，调节衬底110的电阻率，从而控制太赫兹波的透过率，实现太赫兹波的调制。

本实施例提供的太赫兹调制器100，利用了衬底110材料的雪崩击穿特性，利用电压电流源140先使衬底110材料进入雪崩击穿状态，当衬底110材料进入雪崩击穿状态后，再利用电压电流源140调整施加在衬底110材料两端的电流大小，实现电流的动态可调，通过令衬底110材料工作在雪崩击穿的状态，实现衬底110材料的电导率极大变化，从而引起载流子浓度的极大变化，通过调节衬底110材料两端施加的电流大小调节载流子浓度，调节太赫兹波的透过率，实现了太赫兹波的透过率的调制。

衬底110材料可以选用电阻率较低的材料，例如，选在电阻率小于100ω·cm的材料，优选地，可以选择电阻率为10-15ω·cm的材料。在一种可能的实现方式中，衬底110材料可以选用p型si材料、n型si材料，锗、砷化镓等材料，于本实施例中，衬底110选用p型si材料，但不限于此。

衬底110的形状可以为矩形、正方形、圆形或其他的形状，本实施例对此不作限定。例如，在一种可能的实现方式中，衬底110的形状设置为正方形，为了便于将太赫兹调制器100设置在集成电路中，一般地，衬底110的体积不宜过大，例如，衬底110的大小设置为长宽均设置为12mm，厚度设置为300μm，即第一表面111、第二表面112的长宽均设置为12mm，第一表面111与第二表面112之间的厚度为300μm。

需要说明的是，由于衬底110材料的厚度以及电阻率可能会对雪崩击穿电压造成影响，因此选用的衬底110材料电阻率不宜过大，一般可以选用电阻率小于100ω·cm的材料，衬底110的厚度也不宜过大，一般而言，选用的衬底110材料厚度小于1000μm。

电极包括第一电极120及第二电极130，第一电极120设置在第一表面111；第二电极130设置在第二表面112。电压电流源140通过第一电极120与第二电极130为衬底110施加电流或电压。

电极设置在衬底110的表面，与衬底110形成良好的电接触。需要说明的是，由于衬底110材料极易与空气中的氧气反应生成氧化层，为了防止电极与衬底110接触不良，在设置电极前，需要将衬底110表面的氧化层去除，例如，在一种可能的实现方式中，衬底110为p型si制成，在衬底110的表面会形成一层sio2，在设置电极之前，需要将衬底110表面的sio2去除，使电极与衬底110良好接触，提高导电性能。

在一种可能的实施方式中，第一电极120可以设置为条形电极，条形电极的数量为一个或多个，当条形电极的数量为一个时，该条形电极可以设置于第一表面111的中心区域；当条形电极的数量为多个时，该条形电极可以均匀排列设置在第一表面111。设置多个条形电极可以使得该太赫兹调制器100安装使用时不受安装角度的限制。

该第一电极120用于连接电压电流源140的正极输出端141，在另一种可能的实现方式中，该第一电极120还可以用于连接电压电流源140的负极输出端142。

在一种可能的实施方式中，条形电极的长度可以设置为10mm，宽度设置为2mm，厚度设置为200nm。

第二电极130可以为环形电极，环形电极设置在第二表面112上，同样地，在设置第二电极130时，还需将第二表面112的氧化层去除，例如，在一种可能的实现方式中，衬底110为p型-si制成，在第二表面112会形成一层sio2，在设置第二电极130之前，需要将第二表面112的sio2去除，使第二电极130与衬底110第二表面112良好接触，提高导电性能。

该第二电极130用于连接电压电流源140的负极输出端142，但不限于此，在一种可能的实现方式中，第一电极120连接电压电流源140的正极输出端141，则第二电极130用于连接电压电流源140的负极输出端142；在另一种可能的实现方式中，第一电极120连接电压电流源140的负极输出端142，则第二电极130用于连接电压电流源140的正极输出端141。

在一种可能的实现方式中，该第二电极130的外环宽度为12mm，环宽为2mm，厚度为200mm。

需要说明的是，上述对第一电极120、第二电极130的形状、参数等内容的举例说明并非是对本实施例的限制，第一电极120、第二电极130还可以是其他的形状，例如，第一电极120也可以是环形电极，第二电极130也可以是条形电极，本实施例对此不作限定。

第一电极120、第二电极130均采用导电性良好的材料制成，例如，在一种可能的实现方式中，第一电极120、第二电极130均采用钛金(tiau)，但不限于此。电极可以使用光刻工艺镀设在衬底110上，在本实施例的其他实施方式中，还可以通过其他的工艺进行电极的设置。

在一种可能的实现方式中，第一电极120、第二电极130还可以分别连接一根导线，以便于接线；第一电极120、第二电极130也可以不连接导线，通过其他的方式与电源电连接，例如，焊接或其他的方式。

于本实施例中，该电源为电压电流源140。电压电流源140可以先作为电流源，调节电压大小，使电压升高，电流增大；当电流达到设定的额定电流时，衬底110发生雪崩击穿，电压电流源140转变为电流源，此时电压不可调，电流可调，通过调节施加在衬底110材料上的电流的大小，改变衬底110材料载流子浓度，改变衬底110的电导率，从而实现太赫兹波透过率的调制。

需要说明的是，唯有当衬底110材料发生雪崩击穿后，才能进行上述的调制，雪崩击穿是指材料掺杂浓度较低的pn结中，当pn结反向电压增加时，空间电荷区中的电场随着增强。这样通过空间电荷区的电子和空穴，就会在电场作用下，使获得的能量增大。在晶体中运行的电子和空穴将不断的与晶体原子发生碰撞，通过这样的碰撞可使束缚在共价键中的价电子碰撞出来，产生自由电子-空穴对。新产生的载流子在电场作用下撞出其他价电子，又产生新的自由电子和空穴对。如此连锁反应，使得阻挡层中的载流子的数量雪崩式地增加，流过pn结的电流就急剧增大击穿pn结，这种碰撞电离导致击穿称为雪崩击穿。

在设置电压电流源140的额定电流时，需要使该额定电流大于使衬底110材料进入雪崩击穿状态的雪崩击穿电流。在一种可能的实施方式中，衬底110材料的雪崩击穿电流与其厚度有关，本实施例选用的厚度为300μm的衬底110材料发生雪崩击穿的电流为0.2a左右，因此电压电流源140的额定电流需要大于0.2a。例如，可以设置为0.5a，在本实施例的其他实施方式中，额定电流需要根据衬底110进行设置，同时，为了防止电流过大损坏器件，该额定电流需要小于1a。

在一种可能的实现方式中，若选用其他厚度的衬底110材料，可以预先基于该衬底110材料进行伏安法测验，以测得该衬底110材料发生雪崩击穿状态时的电流和电压，从而根据测得的电流或电压调整电压电流源140的参数。例如，请参阅图5，图5示出了300μm厚度的硅所测得的i-v曲线，通过逐渐增加施加在硅两端的电压，并实时检测其电流，可以得到，随着电压的增大，电流逐渐非线性增加，最后达到雪崩击穿，从而可以确定其雪崩击穿电流及电压，本实施例提供的太赫兹调制器100即在在雪崩区进行调控。

采用单纯的电压源也可以实现雪崩击穿，但在雪崩击穿后无法精确调控施加在衬底110材料上的电流，无法实现电流的动态可调，故而无法实现太赫兹波的调制。本实施例采用电压电流源140，通过调节电压以使衬底110材料由未雪崩击穿状态转换至雪崩击穿状态，当衬底110材料转换至雪崩击穿状态后，电压电流源140通过调节输出电流的大小控制太赫兹波的透过率，实现太赫兹波的调制。衬底110材料的电阻率越低，太赫兹波透过率也越低，通过使衬底110材料发生雪崩击穿，实现衬底110材料的电导率的极大变化，从而引起载流子浓度的极大变化，从而实现了太赫兹波透过率的极大调制，于本实施例中，太赫兹波透过能量调制度可达99.99％。

综上，本发明提供了一种太赫兹调制器，包括衬底、第一电极、第二电极以及电压电流源；衬底包括相对的第一表面及第二表面，第一电极设置于第一表面、第二电极设置于第二表面；电压电流源包括正极输出端及负极输出端，正极输出端与第一电极电连接，负极输出端与第二电极电连接；电压电流源用于调节输出至衬底的电压，以使衬底进入雪崩击穿状态；电压电流源还用于当衬底进入雪崩击穿状态时转换为电流源，调节输出至衬底的电流以调整衬底的太赫兹波透过率。本发明提供的太赫兹调制器，通过电压电流源使衬底进入雪崩击穿状态，实现衬底材料的电导率的极大变化，然后通过调节电流引起载流子浓度的极大变化，通过调节输出电流的大小控制太赫兹波的透过率，实现太赫兹波的调制，利用雪崩击穿，可以实现较高的调制深度，实现了调制器的动态可调。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。