【摘 要】
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在过去的二十年里,太赫兹技术的研究飞速发展。为了满足太赫兹波应用需求,太赫兹探测器与调制器逐渐成为研究热点。但是目前这两种器件仍然短缺,主要原因是大多天然材料在太赫兹波段响应较弱,制备的器件也存在许多不足,如响应率过低、调制速率过慢、调制深度过小等。而二维材料石墨烯对太赫兹波响应显著,基于石墨烯的太赫兹探测器及石墨烯超表面调制器具有重大的应用潜力。本文首先研究了石墨烯的能带结构和调制机理,接着研究
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在过去的二十年里,太赫兹技术的研究飞速发展。为了满足太赫兹波应用需求,太赫兹探测器与调制器逐渐成为研究热点。但是目前这两种器件仍然短缺,主要原因是大多天然材料在太赫兹波段响应较弱,制备的器件也存在许多不足,如响应率过低、调制速率过慢、调制深度过小等。而二维材料石墨烯对太赫兹波响应显著,基于石墨烯的太赫兹探测器及石墨烯超表面调制器具有重大的应用潜力。本文首先研究了石墨烯的能带结构和调制机理,接着研究了石墨烯的转移工艺,得到了完整性良好的单层石墨烯薄膜。然后设计了Si O2/Si基底的石墨烯场效应晶体管（GFET）。使用微纳加工工艺制备得到具有良好欧姆接触的GFET,并对石墨烯的调制性能进行测试分析。制备了单个结构和阵列结构的两种太赫兹探测器,太赫兹响应电流分别为0.12μA和2.1μA,证明了其对太赫兹波具有响应,响应率分别为Ri（单个）≈60 m AW-1,Ri（阵列）≈280 m AW-1。基于石墨烯优异的电可调特性,结合对石墨烯电导率高度敏感的Fano共振超表面提出了一种结合二者的太赫兹调制器。通过仿真得到0.45 THz处的Fano共振并证明通过调节石墨烯的费米能级对Fano共振具有显著的调制作用,得到的最大调制深度12.63%。实验制备得到了石墨烯结合超表面结构的太赫兹调制器,通过太赫兹光谱系统测试得到0.46 THz Fano共振和0.63 THz偶极子共振的透射谱,与仿真结果较为吻合。通过外加栅压测得了多组透射谱,且Fano共振频率0.46 THz处峰值的变化符合石墨烯电导率变化产生的调制规律,在栅压0～60 V范围内得到了11.10%的最大调制深度。
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