基于动态可调的通信功能器件的制作方法

本发明涉及通信功能器件，尤其涉及一种基于动态可调的通信功能器件。

背景技术

传统的通信功能器件的可集成性较差，不利于小型化。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种基于动态可调的通信功能器件，有利于可集成性和小型化。

本发明提供了一种基于动态可调的通信功能器件，包括调控层、中间介质层和基底层，其中，所述调控层、中间介质层、基底层自上而下层叠设置，所述调控层为石墨烯层。

作为本发明的进一步改进，所述中间介质层为聚甲基丙烯酸甲酯层。

作为本发明的进一步改进，所述基底层为硅层。

作为本发明的进一步改进，所述石墨烯层的厚度为1nm，所述中间介质层的厚度为50nm，所述基底层的厚度为200nm。

作为本发明的进一步改进，所述通信功能器件为y-型通信功能器件、x-型通信功能器件、单输入-三输出通信功能器件、双输入-三输出通信功能器件、双输入-四输出通信功能器件中的任意一种。

作为本发明的进一步改进，所述y-型通信功能器件的尺寸为：输入宽度w＝800nm，石墨烯层厚度d0＝1nm，中间介质层厚度d＝50nm，基底层厚度d1＝200nm，输入长度l1＝500nm，输出第一段长度l2＝1000nm，输出第二段长度l3＝1500nm，输出宽度w1＝400nm。

作为本发明的进一步改进，所述x-型通信功能器件的尺寸为：输入宽度＝输出宽度w＝400nm，石墨烯层厚度d0＝1nm，中间介质层厚度d＝50nm，基底层厚度d1＝200nm，输入长度＝输出长度l1＝1000nm，交汇段长度l2＝500nm。

作为本发明的进一步改进，所述单输入-三输出通信功能器件的尺寸为：输入宽度＝输出宽度w＝400nm，间隙w1＝200nm，石墨烯层厚度d0＝1nm，中间介质层厚度d＝50nm，基底层厚度d1＝200nm，输入长度＝输出长度l1＝1000nm，交汇段长度l2＝500nm。

作为本发明的进一步改进，所述双输入-三输出通信功能器件的尺寸为：输入宽度w0＝600nm，输入间隙＝输出宽度w1＝400nm，石墨烯层厚度d0＝1nm，中间介质层厚度d＝50nm，基底层厚度d1＝200nm，输入长度＝输出长度l1＝1000nm，交汇段长度l2＝500nm，输出间隙w2＝200nm。

作为本发明的进一步改进，所述双输入-四输出通信功能器件的尺寸为：输入宽度w0＝800nm，输入间隙w1＝200nm，输出宽度w2＝400nm，输出间隙w3＝100nm，石墨烯层厚度d0＝1nm、中间介质层厚度d＝50nm，基底层厚度d1＝200nm，输入长度＝输出长度l1＝1000nm，交汇段长度l0＝500nm。

本发明的有益效果是：本发明结构组成简单，材料容易获取和加工，相比较以往的器件大大提升了可调性和器件的灵活性，与现有存在的一些存储器或者具有传输功能的器件使用相比较，本发明克服了现有技术所带来的加工制作不便，有利于通信功能器件的可集成性和小型化。

附图说明

图1是本发明一种基于动态可调的通信功能器件的y型结构图。

图2是本发明一种基于动态可调的通信功能器件的x型结构图

图3是本发明一种基于动态可调的通信功能器件的单输入-三输出型结构图。

图4是本发明一种基于动态可调的通信功能器件的双输入-三输出型结构图。

图5是本发明一种基于动态可调的通信功能器件的双输入-四输出型结构图

图6是本发明一种基于动态可调的通信功能器件在x-y平面上y型开关的电场分布图。

图7是本发明一种基于动态可调的通信功能器件在x-y平面上x型开关的电场分布图。

图8是本发明一种基于动态可调的通信功能器件在x-y平面上单输入-三输出结构的电场分布图。

图9是本发明一种基于动态可调的通信功能器件在x-y平面上双输入-三输出结构的电场分布图。

图10是本发明一种基于动态可调的通信功能器件在x-y平面上双输入-四输出结构的电场分布图。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图1至图10所示，一种基于动态可调的通信功能器件，包括调控层、中间介质层和基底层，其中，所述调控层、中间介质层、基底层自上而下层叠设置，所述调控层为石墨烯层1，所述中间介质层为聚甲基丙烯酸甲酯层(pmma)2，所述基底层为硅层3。

如图1至图5所示，所述通信功能器件为y-型通信功能器件、x-型通信功能器件、单输入-三输出通信功能器件、双输入-三输出通信功能器件、双输入-四输出通信功能器件中的任意一种。可以根据需求选择不同的通信结构和通过控制石墨烯材料的性质来实现信息传输的功能，该器件能够通过在石墨烯层1和硅层3之间设置外部电压来决定信息是否能够传输在结构上，结构的简单化更有利于器件的小型化和集成化。

如图1至图10所示，本发明对结构进行不同程度的调整来实现信息的传播。为了实现通过控制材料的性质来控制信息的不同端口的传播，从而实现多种通信模式。本发明通过仿真来设置石墨烯材料的电压，通过设置高电压来实现信息的传输，并且可以多路转换。为了避免石墨烯受其他参数的影响，本发明选用的石墨烯层的厚度为1nm，聚甲基丙烯酸甲酯层厚度是50nm，硅层3厚度是200nm，入射的是30thz(10um)。

在fdtd仿真软件上对图1、2、3、4、5中的结构进行设置参数，从结构的左端设置入射端口，结构的右端设置出射端口，然后在铺上石墨烯材料的结构进行仿真。

图6给出了30thz波段在y型开关下的电场分布情况，当从结构左端进行入射时，当在石墨烯层1表面设置高电压的时候，那么就会在出射分支上有电场的分布(即有信息的传输)；而在铺有石墨烯层1的另一个分支上设置低电压的时候，那么会在这个出射端口没有电场的分布(即没有信息的传输)。可见图6中的高电压的电场分布还是比较好的。

在这个实施上波长优选的是10um，图七给出了当器件是x-型开关的时候的电场。图7给出了当此时传播输出端的分支长度是1000nm时，在从左端进行入射时，在石墨烯输出分支上设置高电压时，会有电场在输出分支上进行传播，从而有信息的传输。可以通过在石墨烯和基底之间设置电压来实现x-型器件的开关作用。

本实施例以实现具有信息传输功能器件作为具体例子来说明的，接下来为了更好的看到器件的作用，在图8中的电场分布是在单输入-三输出结构器件上的。为了保证出射端口的电场，可以在出射分支上进行设置高电压来实现石墨烯的化学势的变化。根据类似于图6和图7的对石墨烯的外部电压的设置，结合对每个结构的功能要求，在图8中选取比较具有代表性的电场分布：在左端有输入的时候，选择在结构的右端输出端口有一个分支有电场，两个分支上有电场，三个分支上有电场，相当于有信息的传输在分支上。

图9为双输入-三输出的在xoy平面上的电场分布图，可以从结构的两个入射端进行入射，本器件可以选择输入端，通过在输出分支上设置外部电压来实现电场的控制。用其中一个输入端口进行入射时，此发明选择的是有一个分支在石墨烯层1表面和硅层3设置高电压时设置高电压(100v)时电场的分布，有选择在两个分支上进行传输电场的控制；本发明选择的是入射一个端口，输出在两个分支上，通过控制表面的石墨烯层1的外部电压来实现输出分支电场的控制，在两个分支上进行传输信息。还简单的测试了下在本器件中有两个输入端时，控制输出端的三个分支来让电场通过或者不通过。在图9中的电场分布图中有所表现。

图10给出了二输入-四输出结构器件在xoy平面上的电场分布图，为了实现更多功能的器件可以进行多输入多输出的结构进行传输信息。在图10中，通过设置结构上石墨烯层1表面与硅层3之间的电压来达到能量的传输。为了简单化，在此方案中仅仅选择一个端口进行入射，通过在多输出端口进行设置电压达到传输能量的作用，在器件结构上分别在一个输出分支，两个输出分支上，三个输出分支上有电场的分布，可以通过在输出分支上覆盖的石墨烯和结构的基底之间加上100v(高电压)来达到有电场传输的效果。还可以选择有两个输入端口(都设置成高电压)，在输出端口可以通过在器件上设置电压让其传播或者不能传播。图10就是设置电压过后电场的分布图。

本发明提供的一种基于动态可调的通信功能器件，使用时设石墨烯层1放置在xoy平面上，其中结构的入射端在结构的左侧，出射分支在结构的右侧，入射的为10um的tm波，由于结构设置的参数不一样，会有不同的信息传输功能和电场分布。

本发明提供的一种基于动态可调的通信功能器件，是基于动态可调的石墨烯实现的信息传输功能的光学器件，工作在thz波段，采用硅作为衬底，pmma(聚甲基丙烯酸甲酯)聚合物作为中间介质材料，在最上面铺上一层薄薄的石墨烯，最基本的组成结构材料是硅、pmma(聚甲基丙烯酸甲酯)聚合物、石墨烯。在以石墨烯为基础的所有结构中，硅材料基底的厚度是200nm，且中间介质层的pmma厚度是50nm，在进行模拟计算时候设置石墨烯的单层厚度是1nm。使用该石墨烯结构器件时，设石墨烯结构放置在xoy平面上，传播方向沿着x方向，由石墨烯性质决定的这个结构具有可调性，通过改变石墨烯与基底之间的电压来调整石墨烯结构的化学势从而控制能量是否可以在分支上进行传播。

当本发明基于可调的石墨烯材料实现的多功能器件处于不同结构下的尺寸大小分别为:y型结构：w＝800nm、d0＝1nm,d＝50nm、d1＝200nm、l1＝500nm、l2＝1000nm、l3＝1500nm、w1＝400nm；x型结构：w＝400nm、d0＝1nm、d＝50nm、d1＝200nm、l1＝1000nm、l2＝500nm；单输入-三输出通信结构：w＝400nm、w1＝200nm、d0＝1nm、d＝50nm、d1＝200nm、l1＝1000nm、l2＝500nm；双输入-三输出通信：w0＝600nm、w1＝400nm、d0＝1nm、d＝50nm、d1＝200nm、l1＝1000nm、l2＝500nm、w2＝200nm；双输入-四输出通信：w0＝800nm、w1＝200nm、w2＝400nm、w3＝100nm、d0＝1nm、d＝50nm、d1＝200nm、l1＝1000nm、l0＝500nm.设计的这些结构可以实现信息的传输功能。且传输沿着x方向进行传播。在多种结构中，控制结构分支上的电压是100v(能够在分支上进行传输)或者1v(不能在分支上进行传输)。

本发明有相对明显的优势：本发明中用到的石墨烯材料具有可以通过外部电压来调控石墨烯的化学势进行控制石墨烯的电导来达到控制能量能否传播在器件上。在保证可以调整的情况下，可以设计多种结构，来得到有不同需求的信息传播的功能器件。在信息传播过程中，由于石墨烯的良好性能，对于y-型结构、x-型结构、单输入-三输出结构、双输入-三输出结构、双输入-四输出结构，均在实现了能通过改变石墨烯的化学势来控制信息传输的同时又实现了与理论设计值相符的多条通道信息同时传播的功能。且本发明的结构组成简单，材料容易获取和加工，相比较以往的器件大大提升了可调性和器件的灵活性，与现有存在的一些存储器或者具有传输功能的器件使用相比较，本发明克服了现有技术所带来的加工制作不便，有利于光学器件的可集成性和小型化。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。