[发明专利]基于边棱音效应的固态太赫兹辐射器

说明书

本发明公开了一种基于边棱音效应的固态太赫兹辐射器，包括绝缘衬底层、设置在绝缘衬底层表面的半导体导电层、设置在半导体导电层表面的绝缘保护层、穿透半导体导电层的绝缘刻槽、输入电极和输出电极。所述绝缘刻槽包括第一绝缘刻槽、第二绝缘刻槽和第三绝缘刻槽；所述第一绝缘刻槽和第二绝缘刻槽相对设置，且二者之间的空隙形成一低导电沟道；所述第三绝缘刻槽一端为尖棱结构，且该尖棱正对所述低导电沟道远离输入电极一端开口；所述第三绝缘刻槽另一端延伸至所述半导体导电层一端边缘；所述第一绝缘刻槽一端和第二绝缘刻槽一端延伸至半导体导电层两侧表面。该辐射器结构简单、易于集成，可在常温下工作于太赫兹频段。

技术领域

本发明涉及一种基于边棱音效应的固态太赫兹辐射器，尤其涉及一种利用边棱音效应(edge tone effect)来引起不稳定性从而激发高频辐射，且能在常温下工作于太赫兹频段的辐射器。

背景技术

太赫兹(1THz＝10¹²Hz)辐射，通常指的是频率在100GHz到10THz的电磁波，它对应的波长范围在3mm到30μm，位于微波与红外波之间，最近由于纳米技术的进步使得太赫兹研究在更多领域得到应用，太赫兹技术由于其能够无损检测的特性被广泛应用于通讯技术、生物光谱、远程检测危险物品、食品质量控制以及在半导体中进行量子态的操纵。为了激发这种太赫兹波需要对应的辐射源，而太赫兹技术进展受到的阻碍主要是由于缺乏紧凑，低功耗，固态太赫兹辐射源。

随着半导体技术的持续发展，器件的特征尺寸不断缩小，从微米量级一直到现在的纳米量级；而且所用对应的材料体系结构也从传统的高纬度(三维)向低维(二维、准一维和一维)转变。低维半导体结构的器件一般工艺简单、易于集成，因此被认为是高频器件的理想选择。

边棱音效应虽然行为十分复杂，然而却可以通过非常简单的结构实现。事实上，流体振荡激发边棱音效应随处可见。日常生活中，我们经常可以听到风刮过树木时发出的风啸声、管笛乐器的乐声，这些现象都是在没有固体部件振动的情况下发生的。它们发声过程的活动机理就是边棱音。当高速流体在尖锐边棱处分成两股，形成上下两列分离的涡旋，由于气流受阻，不同位置流速发生变化，流速大的地方压强小，流速小的地方压强大，产生了压强差。上下两列涡旋由于空吸作用出现了相互吸引并碰撞从而使得流体以特定频率振荡——发声。边棱音是一种流体共有的现象，但是在不同流体中边棱音效应将产生不同频段的振荡。研究(M.Dyakonov and M.Shur,“Shallow water analogy for a ballisticfield effect transistor:New mechanism of plasma wave generation by DCcurrent”Phys.Rev.Lett.71,2465(1993).)表明纳米结构中的电子具有流体的特性，因此也具有边棱音效应。该类边棱音效应能导致纳米结构中电荷密度分布发生超高频振荡，因此可用于设计太赫兹辐射器。

发明内容

本发明的目的，就是克服现有技术的不足，就是把边棱音效应引入纳米电子器件领域，提供一种基于全新工作机制、结构紧凑且功耗低的固态太赫兹辐射器。

为了达到上述目的，采用如下技术方案：

一种基于边棱音效应的固态太赫兹辐射器，包括绝缘衬底层、设置在绝缘衬底层表面的半导体导电层、设置在半导体导电层表面的绝缘保护层、穿透半导体导电层的绝缘刻槽、输入电极和输出电极。所述输入电极设置在半导体导电层一端外表面，所述输出电极设置在半导体导电层两侧外表面；所述半导体导电层为二维半导体导电层；所述绝缘刻槽包括第一绝缘刻槽、第二绝缘刻槽和第三绝缘刻槽；所述第一绝缘刻槽和第二绝缘刻槽相对设置，且二者之间的空隙形成一低导电沟道；所述第三绝缘刻槽一端为尖棱结构，且该尖棱正对所述低导电沟道远离输入电极一端开口；所述第三绝缘刻槽另一端延伸至所述半导体导电层一端边缘；所述第一绝缘刻槽一端和第二绝缘刻槽一端延伸至半导体导电层两侧表面。

优选地，所述低导电沟道的宽度与半导体导电层的宽度比为1/50～1/10。