一种硅基二硫化钼的太赫兹调制器及其制备方法与流程

本发明涉及太赫兹应用，具体涉及一种硅基二硫化钼的太赫兹调制器及其制备方法。

背景技术：

1、赫兹(thz)是介于毫米波与红外光之间的电磁波谱，其频率在0.1—10thz(波长3000—30 µm)，在无线通信、雷达成像、生物医学、安全检查等领域均具有重要的应用前景。与目前的无线通信技术相比，太赫兹波段具有频谱丰富、带宽大、传输速率高的优势，在未来的大容量无线通信领域存在着巨大的科研和应用价值。目前，0.12 thz和0.22 thz已经被指定用于下一代地面无线通信和卫星间通信，在国内外掀起了关于太赫兹通信系统及器件的研究热潮。在太赫兹通信系统中，太赫兹开关、调制器、滤波器等调控器件是必不可少的关键部件。

2、传统的太赫兹调控器件大多使用半导体材料，相变材料，磁性材料以及超材料作为功能载体。近年来，随着以石墨烯为代表的二维材料的研究快速发展，二维材料凭借其极宽的光谱响应范围，优异的环境稳定性和机械延展性，使得二维材料在光电器件领域的应用具有良好的前景。二维材料中另一个代表二硫化钼（mos2）具有柔性，较高的热稳定性，其具有的显著特点为块体材料是间接带隙，能带宽度为1.3ev，单层材料为直接带隙，能带宽度为1.8ev。与此同时，其可以从广泛的电磁波谱中吸收能量，从紫外光到可见光再到红外波段（350-950 nm），并且具有极高的载流子迁移率。

3、现有技术提供了一种基于mos2和si复合结构的太赫兹调制器及其调控方法包括以下步骤：s1：采用太赫兹时域光谱系统即thz-tds并配有波长为808nm的连续泵浦激光作为调制光源；s2：利用前后两片铁片将太赫兹调制器固定于中间；s3：改变连续泵浦激光照射太赫兹调制器的位置和强度，实现对太赫兹波透射幅度的调制：当连续泵浦激光只照射在铁片时，即只对太赫兹调制器提供加热作用，此时太赫兹波的透射幅度随外加连续泵浦激光功率增加而增加；当连续泵浦激光照射在太赫兹调制器时，即对太赫兹调制器同时提供加热作用和光照作用，太赫兹波的透射幅度随外加泵浦激光功率增加而减小；在0 .3—1.6thz范围内，太赫兹调制器随外加连续泵浦激光功率改变都具有调制作用，表明太赫兹调制器具有宽带调制特性。该现有技术使用连续泵浦激光来实现对太赫兹调制器的加热作用，激光加热具有加热时间长，调制效率低，需要加装激光和激光角度固定难以调整等问题，在使用时十分不便。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：针对目前太赫兹调制器使用不便，调整效率低的问题，提供了一种硅基二硫化钼的太赫兹调制器及其制备方法，简化调制器的结构的同时提升调制器的调制效率。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种硅基二硫化钼的太赫兹调制器，包括硅基二硫化钼异质结结构，所述硅基二硫化钼异质结结构从下至上依次包括si衬底、第一sio2层、mos2层和第二sio2层，在第二sio2层中设置有加热电极，所述加热电极上方设置有接触电极，基于所述加热电极的发热对穿过异质结结构的太赫兹信号的振幅进行调制。

4、根据一种优选的实施方式，所述加热电极的厚度为100-150nm。

5、根据一种优选的实施方式，所述si衬底的尺寸为1x1 cm2，所述第一sio2层为si衬底上具有的一层sio2自然氧化层。

6、根据一种优选的实施方式，所述mos2层的厚度为50-100 nm。

7、如前所述的硅基二硫化钼的太赫兹调制器的制备方法，包括如下步骤：

8、步骤1：在si衬底上沉积mos2层；所述si衬底为1x1 cm2，具有很薄的一层sio2自然氧化层；所述mos2层的厚度为50-100 nm；

9、步骤2：在mos2层上沉积一层sio2，厚度为200-250nm；

10、步骤3：在sio2上沉积金属加热电极层，厚度为100-150nm；优选地，所述加热电极层为tin层；

11、步骤4：在光刻胶和硬掩模的保护下，刻蚀出加热电极，尺寸为1*1 um；

12、步骤5：加热电极刻蚀完成后，在周围以及上层填充sio2，厚度为200-300nm；

13、步骤6：在光刻胶保护下，在加热电极上方刻蚀出金属接触电极的填充孔；

14、步骤7：通过沉积的方式向接触孔里填充金属，作为接触电极；

15、步骤8：将填充金属刻蚀成电极形状。

16、所述步骤2和步骤5中沉积的sio2层总称为第二sio2层。

17、与现有的技术相比本发明的有益效果是：

18、1、一种硅基二硫化钼的太赫兹调制器，通过微纳加工工艺形成硅基二硫化钼异质结结构，并在加热电极的场作用下，利用mos2材料以及硅基二硫化钼异质结结构的光电特性，在温度升高的情况增强对太赫兹信号的电导率衰减，从而对穿过异质结结构的太赫兹信号的振幅实行了增强的调制，提供了一种在外加场作用下的太赫兹波动态调控的新方向；

19、2、一种硅基二硫化钼的太赫兹调制器，简化结构，提升加热效率，使用加热电极进行加热，加热更快速，同时无需额外安装激光光源；

20、3、一种硅基二硫化钼的太赫兹调制器，使用微纳加工工艺，通过沉积的方式设置加热电极和接触电极，结构规整，更便于集成，适应现有高度集成的使用方式，相对激光光源加热具有更大的应用市场。

技术特征：

1.一种硅基二硫化钼的太赫兹调制器，其特征在于，包括硅基二硫化钼异质结结构，

2.根据权利要求1所述的一种硅基二硫化钼的太赫兹调制器，其特征在于，所述加热电极的厚度为100-150nm。

3. 根据权利要求1所述的一种硅基二硫化钼的太赫兹调制器，其特征在于，所述si衬底的尺寸为1x1 cm2，所述第一sio2层为si衬底上具有的一层sio2自然氧化层。

4. 根据权利要求1所述的一种硅基二硫化钼的太赫兹调制器，其特征在于，所述mos2层的厚度为50-100 nm。

5.如权利要求1所述的一种硅基二硫化钼的太赫兹调制器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

6. 根据权利要求5所述的一种硅基二硫化钼的太赫兹调制器的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的si衬底的尺寸为1x1 cm2，具有一层sio2自然氧化层。

7. 根据权利要求5所述的一种硅基二硫化钼的太赫兹调制器的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的所述mos2层的厚度为50-100 nm。

8.根据权利要求5所述的一种硅基二硫化钼的太赫兹调制器的制备方法，其特征在于，所述步骤2中的sio2层厚度为200-250nm。

9.根据权利要求5所述的一种硅基二硫化钼的太赫兹调制器的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，所述金属加热电极层厚度为100-150nm。

10.根据权利要求5所述的一种硅基二硫化钼的太赫兹调制器的制备方法，其特征在于，所述步骤5中，所述sio2层的厚度为200-300nm。

技术总结
本发明公开了一种硅基二硫化钼的太赫兹调制器及其制备方法，包括硅基二硫化钼异质结结构，所述硅基二硫化钼异质结结构从下至上依次包括Si衬底、第一SiO<subgt;2</subgt;层、MoS<subgt;2</subgt;层和第二SiO<subgt;2</subgt;层，第二SiO<subgt;2</subgt;层中设置有加热电极，所述加热电极上方设置有接触电极。制备方法为从下至上在Si衬底上沉积MoS<subgt;2</subgt;层、SiO<subgt;2</subgt;层、加热电极层，随后刻蚀出加热电极，再在加热电极周围填充SiO<subgt;2</subgt;层，在填充的SiO<subgt;2</subgt;层上刻蚀出金属接触电极的填充孔，在填充孔内沉积金属接触电极。本申请的调制器使用加热电极对MoS<subgt;2</subgt;层进行加热，进而对穿过调制器的太赫兹波进行调制，结构简单，加热迅速，调制效率高。

技术研发人员：曾友宏,杨荣,余明斌
受保护的技术使用者：上海铭锟半导体有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15