全石墨烯结构可调太赫兹滤波器的制作方法

本发明涉及太赫兹波滤波器，尤其涉及一种全石墨烯结构可调太赫兹滤波器。

背景技术

近年来，太赫兹技术因其在通信、医疗和安全成像等方面潜在的应用而吸引了越来越多的关注。随着太赫兹波辐射源与检测手段的突飞猛进，促使太赫兹相关功能器件的应用悄然兴起，因此太赫兹技术和太赫兹器件研究逐渐成为世界各国研究热点。

无线短程太赫兹通信系统预计在不久的将来由于开发通信带宽需求的增加而得到发展。太赫兹成像在医学和安全成像领域也得到了广泛应用，太赫兹通信和太赫兹成像的质量均与太赫兹滤波器的性能密切相关，可调高效的窄带太赫兹滤波器是改善通信质量和图像质量的关键。现有的太赫兹滤波器可调可控能力差，损耗高，有制作工艺复杂，造价高等均影响其应用，所以研究体积小、结构简单、高效率可调的太赫兹滤波器具有重大意义。

技术实现要素：

本发明为了克服现有技术不足，提供一种全石墨烯结构可调太赫兹滤波器。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种全石墨烯结构可调太赫兹滤波器，其特征在于包括它包括基底层、二氧化硅层、开口向左的u型石墨烯结构、石墨烯结构层、信号输入端、信号输出端、偏置电压，基底层为绝缘硅层，基底层的上层为二氧化硅层，二氧化硅层上铺有石墨烯层，石墨烯层由1根条形石墨烯结构与2个开口向右的u型石墨烯结构和2个开口向左的u型石墨烯结构构成，开口向右的u型石墨烯结构和开口向左的u型石墨烯结构开口相对，2个开口向右的u型石墨烯结构和2个开口向左的u型石墨烯结构关于条形石墨烯结构对称分布；信号从信号输入端垂直入射到由1根条形石墨烯结构与2个开口向右的u型石墨烯结构和2个开口向左的u型石墨烯结构构成的石墨烯层上，依次经过二氧化硅层、基底层和信号输出端垂直输出；通过调节施加在石墨烯层和基底层之间的偏置电压，调节石墨烯的介电常数，实现太赫兹滤波器的频率调谐。本发明具有结构简单紧凑，尺寸小，响应快，设计原理简单等优点。

所述的基底层的材料为绝缘硅，长度为115~125μm，宽度为80~90μm，厚度为24~26μm。所述的二氧化硅层的长度为115~125μm，宽度为80~90μm，厚度为20~30nm。所述的开口向右的u型石墨烯结构的材料为石墨烯，总长度为25~35μm，总宽度为25~35μm，条带宽度为4~6μm，开口宽度为4~6μm。所述的开口向左的u型石墨烯结构的材料为石墨烯，总长度为25~35μm，总宽度为25~35μm，条带宽度为4~6μm，开口宽度为4~6μm。所述的条形石墨烯结构的材料为石墨烯，长度为85~95μm，宽度为4~6μm。

附图说明

图1是全石墨烯结构可调太赫兹滤波器的三维结构示意图；

图2是全石墨烯结构可调太赫兹滤波器的正面示意图；

图3是全石墨烯结构可调太赫兹滤波器的条形石墨烯结构的不同宽度对应滤波器滤波性能波形图；

图4是全石墨烯结构可调太赫兹滤波器的条形石墨烯结构的不同长度对应滤波器滤波性能波形图；

图5是全石墨烯结构可调太赫兹滤波器的传输特性图。

具体实施方式

如图1~2所示，一种全石墨烯结构可调太赫兹滤波器，其特征在于包括它包括基底层1、二氧化硅层2、开口向左的u型石墨烯结构6、石墨烯结构层5、信号输入端7、信号输出端8、偏置电压9，基底层1为绝缘硅层，基底层1的上层为二氧化硅层2，二氧化硅层2上铺有石墨烯层5，石墨烯层5由1根条形石墨烯结构4与2个开口向右的u型石墨烯结构3和2个开口向左的u型石墨烯结构6构成，开口向右的u型石墨烯结构3和开口向左的u型石墨烯结构6开口相对，2个开口向右的u型石墨烯结构3和2个开口向左的u型石墨烯结构6关于条形石墨烯结构4对称分布；信号从信号输入端7垂直入射到由1根条形石墨烯结构4与2个开口向右的u型石墨烯结构3和2个开口向左的u型石墨烯结构6构成的石墨烯层5上，依次经过二氧化硅层2、基底层1和信号输出端8垂直输出；通过调节施加在石墨烯层5和基底层1之间的偏置电压9，的石墨烯层5上，依次经过二氧化硅层2、基底层1和信号输出端8垂直输出；通过调节施加在石墨烯层5和基底层1之间的偏置电压9，调节石墨烯的介电常数，实现太赫兹滤波器的频率调谐。本发明具有结构简单紧凑，尺寸小，响应快，设计原理简单等优点。

所述的基底层1的材料为绝缘硅，长度为115~125μm，宽度为80~90μm，厚度为24~26μm。所述的二氧化硅层2的长度为115~125μm，宽度为80~90μm，厚度为20~30nm。所述的开口向右的u型石墨烯结构3的材料为石墨烯，总长度为25~35μm，总宽度为25~35μm，条带宽度为4~6μm，开口宽度为4~6μm。所述的开口向左的u型石墨烯结构6的材料为石墨烯，总长度为25~35μm，总宽度为25~35μm，条带宽度为4~6μm，开口宽度为4~6μm。所述的条形石墨烯结构4的材料为石墨烯，长度为85~95μm，宽度为4~6μm，厚度为0.32~0.36nm。

实施例1

全石墨烯结构可调太赫兹滤波器：

如图1~2所示，一种全石墨烯结构可调太赫兹滤波器包括基底层1、二氧化硅层2、开口向左的u型石墨烯结构6、石墨烯结构层5、信号输入端7、信号输出端8、偏置电压9，基底层1为绝缘硅层，基底层1的上层为二氧化硅层2，二氧化硅层2上铺有石墨烯层5，石墨烯层5由1根条形石墨烯结构4与2个开口向右的u型石墨烯结构3和2个开口向左的u型石墨烯结构6构成，开口向右的u型石墨烯结构3和开口向左的u型石墨烯结构6开口相对，2个开口向右的u型石墨烯结构3和2个开口向左的u型石墨烯结构6关于条形石墨烯结构4对称分布；信号从信号输入端7垂直入射到由1根条形石墨烯结构4与2个开口向右的u型石墨烯结构3和2个开口向左的u型石墨烯结构6构成的石墨烯层5上，依次经过二氧化硅层2、基底层1和信号输出端8垂直输出；通过调节施加在石墨烯层5和基底层1之间的偏置电压9，的石墨烯层5上，依次经过二氧化硅层2、基底层1和信号输出端8垂直输出；通过调节施加在石墨烯层5和基底层1之间的偏置电压9，调节石墨烯的介电常数，实现太赫兹滤波器的频率调谐。本发明具有结构简单紧凑，尺寸小，响应快，设计原理简单等优点。

所述的基底层1的材料为绝缘硅，长度为120μm，宽度为85μm，厚度为25μm。所述的二氧化硅层2的长度为120μm，宽度为85μm，厚度为30nm。所述的开口向右的u型石墨烯结构3的材料为石墨烯，总长度为30μm，总宽度为30μm，条带宽度为5μm，厚度为0.34nm，开口宽度为5μm。所述的开口向左的u型石墨烯结构6的材料为石墨烯，总长度为30μm，总宽度为30μm，条带宽度为5μm，厚度为0.34nm，开口宽度为5μm。所述的条形石墨烯结构4的材料为石墨烯，长度为90μm，宽度为5μm。如图1所示为是全石墨烯结构可调太赫兹滤波器的三维结构示意图。如图2所示是全石墨烯结构可调太赫兹滤波器的正面示意图。如图3所示是全石墨烯结构可调太赫兹滤波器的条形石墨烯结构的不同宽度对应滤波器滤波性能波形图。固定外加电场0.4ev时，图中条形石墨烯结构的宽度分别取4μm、5μm、6μm，在4μm处滤波器的中心频率和传输功率分别为1.24thz和93.3%，在5μm处滤波器的中心频率和传输功率分别为1.2thz和97.3%，在6μm处滤波器的中心频率和传输功率分别为1.28thz和96.7%。图4是全石墨烯结构可调太赫兹滤波器的条形石墨烯结构的不同长度对应滤波器滤波性能波形图，固定外加电场0.4ev时，图中条形石墨烯结构的宽度分别取70μm、80μm、90μm，在70μm处滤波器的中心频率和传输功率分别为1.28thz和95.3%，在80μm处滤波器的中心频率和传输功率分别为1.22thz和97.5%，在90μm处滤波器的中心频率和传输功率分别为1.2thz和97.7%。

性能指标采用comsolmultiphysics软件进行测试，通过调节偏置电压，如图5全石墨烯结构可调太赫兹滤波器的传输特性图可知，频率的调谐范围1.00~1.65thz，外加电场0.2ev时，中心频率为1.00thz，传输功率达到97.6%，外加电场0.4ev时，中心频率为1.20thz，传输功率达到97.3%，外加电场0.6ev时，中心频率为1.42thz，传输功率达到97.5%，外加电场0.8ev时，中心频率为1.65thz，传输功率达到97.5%。