一种电控太赫兹幅度调制器及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种电控太赫兹幅度调制器，由半绝缘砷化镓(SI‑GaAs)衬底两侧分别设有太赫兹光电导天线和电磁谐振单元阵列构成，太赫兹光电导天线由两个T形电极呈镜像对称分布构成；每个T形电极的横轴部分为外电极，纵轴部分为内电极，所述内电极的头端与外电极衔接；两个内电极末端处间距为50μm；电磁谐振单元阵列为周期性T形电磁谐振单元阵列，T形电磁谐振单元具有轴对称结构，阵列周期为100μm。本发明专利技术利用现有的半导体微加工工艺，制备工艺简单、操作方便，可以精确控制互补型开口谐振环微结构加工区域，大大降低了成本。采用Au/Ti电极成分简单，无需退火既可获得良好欧姆接触，提高的器件的可靠性和可集成性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及太赫兹技术和半导体微加工
，具体涉及一种电控太赫兹幅度调制器及其制造方法。
技术介绍
太赫兹(THz)波是指频率在1011Hz-1013Hz，对应波长为亚毫米波段的电磁波，位于传统微波波段的高频极限(R.A.Tredicucci,F.Beltram et al.,\High-performance continuous-wave operation of superlattice terahertz quantum-cascade lasers\,Nature,2002,417:156；K.Kawase,Y.Ogawa,Y.Watanabe,\Non-destructive terahertz imaging of illicit drugs using spectral fingerprints\,Opt.Express,2003,11:2549；K.L.Wang,D.Mittleman,\Meta wires for terahertz wave guiding\,Nature,2004,432:376；P.H.Siegel,\Terahertz technology in biology and medicine\,IEEE Trans.Micro.Theory and Tech.,2004,52:2438；Y.C.Shen,T.Lo,P.F.Taday,et al.,\Detection and identification of explosives using terahertz pulsed spectroscopic imaging\,Appl.Phys.Lett.,2005,86:241116；李宁,沈京玲,贾燕,张存林,―阿莫西林的太赫兹光谱研究,光谱学与光谱分析,2007,29(9):1692)。根据微波通讯理论，这一频段的电磁波带宽大且不易探测，对应的通信传输速率可以达到1～10Gb/s等优点。因此，THz技术对未来卫星间通讯、高海拔地区通讯等具有战略意义。德国和日本科学家分别在2004年和2006年，先后成功完成了实验室阶段的THz通信的实验(T.K.Ostmann,K.Pierz,G.Hein,et al.,\Audio signal transmission over THz communication channel using semiconductor modulator\,Electron.Lett.,2004,40(2):124；T.Nagatsuma,\Exploring sub-terahertz waves for future wireless communications\,31th IRMMW-THz Conference2006,Shanghai,2006,PL-4:4)。在这一实验的核心技术之一就是如何在传输过程中对THz信号进行调制。为此，世界发达国家竞相开展对THz波进行调制的研究工作。早在2000年，美国科学家率先在GaAs/AlGaAs异质结上制备THz波相位调制器，但其调制速率低，并且10K下的液氦致冷条件下运行(R.Kersting,G.Strasser,K.Unterrainer,\Terahertz phase modulator\,Electron.Lett.,36,1156(2000))。2004年，德国的T.K.Ostmanna(T.K.Ostmann,P.Dawson,K.Pierz,et al.,\Room temperature operation of an electrically driven terahertz modulator\,Appl.Phys.Lett.,2004,84:3555)等人研制了在室温下工作的THz波调制器，但其最大调制深度不到5％。2006年美国Los Alamos国家实验室H.T.Chen等人(H.T.Chen,W.J.Padilla,J.M.O.Zide,et al.,\Active terahertz metamaterialsdevices\,Nature,2006,444:597)提出的超材料(Metamaterial)的THz波调制器，获得50％调制深度，但是受到自身电容结构的影响，最大调制速率限制在KHz/s。2007年中国计量学院李九生提出了光子晶体THz波调制结构(Li Jiusheng,\Terahertz modulator using photonic crystals\,Opt.Commun.,2007,269:98[13]L.Fekete,F.Kadlec,\Fast one-dimentional photonic crystal modulator for the terahertz range\,Opt Express.2007,15(14):8898)，理论分析表明该调制器调制速率为10KHz/s左右。同年捷克Fekete等人采用光控一维光子晶体实现了THz波调制器，但调制深度很低。如何获得能够在室温下运行，实现高速、大深度调制的THz波调制器，成为解决THz波通信系统发展的关键技术难题。本专利技术针对传统THz调制器的局限性，提出了在光电导THz发射器的背面制作特定频率谐振的周期性人工电磁谐振单元，从而实现对THz幅度的电控调制器件。
技术实现思路
本专利技术瞄准当前太赫兹技术在生物医学和化学品检测领域的应用需求，提供了一种电控太赫兹幅度调制器及其制造方法。本专利技术的第一目的在于提供一种电控太赫兹幅度调制器，由半绝缘砷化镓(SI-GaAs)衬底两侧分别设有太赫兹光电导天线和电磁谐振单元阵列构成；所述半绝缘砷化镓(SI-GaAs)衬底的厚度为625μm，尺寸1cm×1cm；所述太赫兹光电导天线由两个T形电极呈镜像对称分布构成；每个T形电极的横轴部分为外电极，纵轴部分为内电极，所述内电极的头端与外电极衔接；两个内电极末端处间距为50μm；所述电磁谐振单元阵列为周期性T形电磁谐振单元阵列，所述T形电磁谐振单元具有轴对称结构，阵列周期为100μm；所述太赫兹光电导天线和周期性T形电磁谐振单元阵列均由5nm厚的钛金属层和120nm厚的黄金层构成。进一步的，所述T形电极的外电极长10mm、宽2mm；所述T形电极的内电极的长度为2.975mm，所述内电极的末端呈等腰直角三角形且在直角处设有25√2*45°的倒角。进一步的，所述两个T形电极内电极末端处的中心对顶角角度90°。进一步的，每个T形电磁谐振单元形成在100μm×100μm的矩形区域上，每个T形电磁谐振单元的横轴长36μm、宽6μm；每个T形电磁谐振单元的纵轴长30μm、宽6μm；纵轴的中心线与100μm×100μm矩形区域的中心线重合。进一步的，所述太赫兹光电导天线所覆盖的区域面积为10mm×10mm的矩形区域，与所述电磁谐振单元阵列所覆盖的区域面积相同，其中，所述电磁谐振单元阵列所覆盖的区域面积包括多个相邻设置的100μm×100μm的矩形区域，每个100μm×100μm的矩形区域上形成有一个T形电磁谐振单元。本专利技术的第二目的在于提供上述电控太赫兹幅度调制器的制造方法，包括如下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电控太赫兹幅度调制器，由半绝缘砷化镓(SI‑GaAs)衬底两侧分别设有太赫兹光电导天线和电磁谐振单元阵列构成，其特征在于：所述半绝缘砷化镓(SI‑GaAs)衬底的厚度为625μm，尺寸1cm×1cm；所述太赫兹光电导天线由两个T形电极呈镜像对称分布构成；每个T形电极的横轴部分为外电极，纵轴部分为内电极，所述内电极的头端与外电极衔接；两个内电极末端处间距为50μm；所述电磁谐振单元阵列为周期性T形电磁谐振单元阵列，所述T形电磁谐振单元具有轴对称结构，阵列周期为100μm；所述太赫兹光电导天线和周期性T形电磁谐振单元阵列均由5nm厚的钛金属层和120nm厚的黄金层构成。

【技术特征摘要】
1.一种电控太赫兹幅度调制器，由半绝缘砷化镓(SI-GaAs)衬底两侧分别设有太赫兹光电导天线和电磁谐振单元阵列构成，其特征在于：所述半绝缘砷化镓(SI-GaAs)衬底的厚度为625μm，尺寸1cm×1cm；所述太赫兹光电导天线由两个T形电极呈镜像对称分布构成；每个T形电极的横轴部分为外电极，纵轴部分为内电极，所述内电极的头端与外电极衔接；两个内电极末端处间距为50μm；所述电磁谐振单元阵列为周期性T形电磁谐振单元阵列，所述T形电磁谐振单元具有轴对称结构，阵列周期为100μm；所述太赫兹光电导天线和周期性T形电磁谐振单元阵列均由5nm厚的钛金属层和120nm厚的黄金层构成。2.根据权利要求1所述的电控太赫兹幅度调制器，其特征在于：所述T形电极的外电极长10mm、宽2mm；所述T形电极的内电极的长度为2.975mm，所述内电极的末端呈等腰直角三角形且在直角处设有25√2*45°的倒角。3.根据权利要求1所述的电控太赫兹幅度调制器，其特征在于：每个T形电磁谐振单元形成在100μm×100μm的矩形区域上，每个T形电磁谐振单元的横轴长36μm、宽6μm；每个T形电磁谐振单元的纵轴长30μm、宽6μm；纵轴的中心线与100μm×100μm矩形区域的中心线重合。4.根据权利要求1-3任一项所述的电控太赫兹幅度调制器，其特征在于：所述太赫兹光电导天线所覆盖的区域面积为10mm×10mm的矩形区域，与所述电磁谐振单元阵列所覆盖的区域面积相同；其中，所述电磁谐振单元阵列所覆盖的区域面积包括多个相邻设置的100μm×100μm的矩形区域，每个100μm×100μm的矩形区域上形成有一个T形电磁谐振单元。5.根据权利要求1-4任一项所述的电控太赫兹幅度调制器的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：第一步：将半绝缘砷化镓(SI-GaAs)衬底置于去离子水中，并超声环境中清洗，去除表面残留颗粒物，然后将表面吹干；第二步：将光刻胶滴在半绝缘砷化镓(SI-GaAs)衬底表面，并进行匀胶、甩胶操作，使得胶厚<1.5μm；第三步：对涂胶后的半绝缘砷化镓(SI-GaAs)衬底进行操作，固化光刻胶；第四步：将光掩膜版T形阵列图形转移到半绝缘砷化镓(SI-GaAs)衬底上，并显影、清洗；第五步：在干燥后的半绝缘砷化镓(SI-GaAs)衬底上依次镀上5nm厚的钛和120...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵振宇，宋志强，郑孝波，
申请(专利权)人：上海师范大学，
类型：发明
国别省市：上海;31