本发明属于光学领域，更具体地，涉及一种硅基石墨烯光电探测器。
背景技术：
相较于传统的光学平台，硅基光子学有着众多优势，比如功耗低、带宽大、尺寸小、与传统微电子生产工艺(即CMOS工艺)兼容等等，已经发展为解决下一代高速光通信与光互连的重要学科。光电探测器作为硅基平台上的基本器件，受到了人们的广泛关注与研究。常见的片上探测器包括III-V族探测器与锗(Ge)探测器，但是III-V族探测器与传统的CMOS工艺不兼容导致其制作成本较高，而Ge探测器由于其本身电学性质的缺陷，带宽很难超越100GHz。近几年来，新材料的出现为探测器的发展带来了新机遇。其中，石墨烯作为一种典型的二维材料，拥有着许多优异的光电性质，可以研发成为新型片上光电探测器。
高速石墨烯探测器最早于2009年报道，理论表明由于其超高的载流子迁移率，石墨烯探测器的带宽有望超过500GHz。但是最初的石墨烯探测器是基于垂直入射的结构，光场与石墨烯只接触了一次，光场与石墨烯的相互作用较弱，从而导致此类探测器的响应度较低。为了增强光场与石墨烯的相互作用，人们将石墨烯与波导相结合，利用波导的倏逝场与石墨烯形成了长距离的接触，从而增强了光场与石墨烯的相互作用，可以将其响应度提高1～2个数量级。为了进一步增强光场与石墨烯的相互作用，人们对硅波导的结构也进行了新的探索，其中包括金属辅助型的结构和谐振腔式的结构，但是前者会引入额外的光损耗，后者会造成谐振效应，两者都会对探测器的性能产生不利影响。
技术实现要素：
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于解决普通硅基波导由于光场与石墨烯相互作用有限而导致探测器响应度较低、大尺寸的结构导致探测器带宽受限、普通金属辅助型结构引入高额外光损耗的技术问题。
为实现上述目的，本发明实施例提供了一种硅基石墨烯光电探测器，包括硅波导、氧化物衬底层、氧化物包层和石墨烯，
所述光电探测器还包括对称放置的第一金属电极和第二金属电极，两个电极均采用亚波长金属结构，共同构成了亚波长金属电极，
所述亚波长金属电极采用两种不同的金属交叉排列在硅波导上方。
具体地，所述亚波长金属电极结构的排列周期≤200nm。
具体地，所述石墨烯贴合于所述亚波长金属电极的上表面。
具体地，所述光电探测器的长、宽均为微米级别。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)本发明通过两种不同的金属与石墨烯接触，对石墨烯产生不同浓度或者类型的掺杂，从而在亚波长金属电极之间引入电势差，驱动光生载流子向两个电极流动。
(2)本发明通过电极的交叉排列结构，起到增加电极与石墨烯的接触面积，从而提高载流子的吸收效率。
(3)本发明通过将石墨烯贴合在亚波长金属电极上表面，亚波长金属电极对硅波导中传输的TM模进行光场调控，增加平行于石墨烯方向上的电场分量，从而增强光场与石墨烯相互作用，提高探测器的响应度。
(4)本发明通过亚波长结构的特性，使得电场能量主要集中在金属与金属之间的空隙中，避免了与金属过多的接触，从而降低了金属的光损耗。
(5)本发明采取金属辅助型硅波导，避免了谐振效应，从而实现了宽带响应；通过将探测器的长宽控制在微米级别，使得整个探测器的尺寸比较小，从而保障了其带宽较大。
附图说明
图1为现有技术中普通硅基石墨烯光电探测器的结构示意图。
图2为本发明实施例提供的硅基石墨烯光电探测器的结构示意图。
图3为普通硅基石墨烯光电探测器和本发明提供的硅基石墨烯光电探测器电场分量的对比图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1为现有技术中普通硅基石墨烯光电探测器的结构示意图。如图1所示，普通硅基石墨烯光电探测器包括硅波导1、氧化物衬底层2、氧化物包层3、第一金属电极4、第二金属电极5和石墨烯6。
硅波导1起着导光的作用，其通常宽度设置为500nm的矩形硅波导，可支持1550nm光的单模传输。
氧化物衬底层2和氧化物包层3起支撑和保护的作用。
第一金属电极4、第二金属电极5分别与石墨烯6接触，产生P+、P、N中的两种不同的掺杂效果。
石墨烯6为常见的二维材料，起到吸收波导中光，产生光生载流子并负责输运载流子的功能。
普通硅基石墨烯光电探测器是将石墨烯铺在硅波导上，然后在石墨烯上面生长电极。石墨烯6直接铺在硅波导1的上方，光场只能以倏逝波的形式与石墨烯相互作用。而且由于石墨烯二维材料的特点，石墨烯只能与平行于其方向上的电场分量发生相互作用，而硅波导中TM模式大部分的电场能量都集中在垂直于石墨烯的光向上，进一步限制了硅基石墨烯探测器的性能。
图2为本发明实施例提供的硅基石墨烯光电探测器的结构示意图。如图2所示，本发明提供的硅基石墨烯光电探测器，包括硅波导1、氧化物衬底层2、氧化物包层3和石墨烯6，其中，所述光电探测器还包括对称放置的第一金属电极4和第二金属电极5构成的亚波长金属电极，所述亚波长金属电极采用两种不同的金属交叉排列在硅波导上方。石墨烯不再贴在硅波导上，而是通过外部转移技术贴合于金属电极上表面。
本实施例中亚波长是指两种金属交叉排列的周期远小于工作光波长。具体地，亚波长金属电极结构的排列周期≤200nm。利用等效介质模型可知，这种亚波长的金属结构可以等效为一层各向异性的介质，根据光波导理论可以计算此时波导中TM模式分布。本实施例中由于亚波长金属电极结构的设计，使得光场与石墨烯的相互作用得到了极大的增强，因此，整个探测器的尺寸可以做的很小，长度可以控制在10微米左右，宽度可以控制在2微米左右。如此紧凑的结构使得硅基石墨烯探测器的带宽有所保障，在不考虑载流子渡越时间的情况下(石墨烯具有超高的载流子迁移率)，整个器件的带宽可以超过200GHz。
图3为普通硅基石墨烯光电探测器和本发明提供的硅基石墨烯光电探测器电场分量的对比图。图3中的线框表示硅波导区域。如图3所示，由于石墨烯只能与平行于其方向上的电场分量发生相互作用，而硅波导中TM模式大部分的电场能量都集中在垂直于石墨烯的光向上。而本发明提供的硅基石墨烯光电探测器中大部分的电场能量都集中在平行于石墨烯的方向上，而且都集中在金属亚波长结构的上表面。
以上，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。