[发明专利]基于单层石墨烯对称结构电控太赫兹波开关

说明书

本发明公开了一种基于单层石墨烯对称结构电控太赫兹波开关。基底层为聚二甲基硅烷层，聚二甲基硅烷层的上层为P型硅层，P型硅层上层为二氧化硅层，二氧化硅层上面排列着25个石墨烯‑金属组合周期单元，其以中间周期单元对称排列。在石墨烯‑金属组合周期单元中，石墨烯为圆形，金属由四个半径大小相同的四分之一圆块和一个圆形金属导电圈组成；太赫兹信号在组合周期单元上方从几何中心处垂直输入，依次经过组合周期单元、二氧化硅层、P型硅层、聚二甲基硅烷层后垂直输出，在二氧化硅层与P型硅层之间设有一个偏置直流电压源，调节外加偏置直流电压源的电压会改变石墨烯介电常数，实现不同外加电场时控制输出端太赫兹波传输的通断，进而实现开关的功能。本发明具有结构简单紧凑，控制带宽较宽，响应速度快，尺寸小，便于加工等优点。

技术领域

本发明涉及太赫兹波开关，尤其涉及一种基于单层石墨烯对称结构电控太赫兹波开关。

背景技术

近年来，作为连接电磁波谱上发展已相当成熟的毫米波和红外光之间的太赫兹波无疑是一个崭新的研究领域，其在军民用方面都潜藏着巨大的价值。太赫兹波频率 0.1～10THz，相应波长为0.03mm～3mm。长期以来，由于缺乏有效的太赫兹波产生和检测方法，与传统的微波技术和光学技术相比较，人们对该波段电磁辐射性质的了解甚少，以至于该波段成为了电磁波谱中的太赫兹空隙。随着太赫兹辐射源和探测技术的突破，太赫兹独特的优越特性被发现并在材料科学、气体探测、生物和医学检测、通信等方面展示出巨大的应用前景。可以说太赫兹技术科学不仅是科学技术发展中的重要基础问题，又是新一代信息产业以及基础科学发展的重大需求。太赫兹系统主要由辐射源、探测器件和各种功能器件组成。在实际应用中，由于应用环境噪声以及应用需要的限制等，需控制太赫兹波系统中的太赫兹波的通断，因而太赫兹波开关在实际中有重要的应用，已成为国内外研究的热点和难点。

当前国内外研究的太赫兹波开关结构主要基于光子晶体、超材料等结构，这些结构往往很复杂，而且在实际制作过程中困难重重，成本较高，对加工工艺和加工环境要求也高，所以研究结构简单、易于控制、成本低的太赫兹波开关意义重大。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，并提供一种基于单层石墨烯对称结构电控太赫兹波开关。本发明所采用的具体技术方案如下：

基于单层石墨烯对称结构电控太赫兹波开关，包括聚二甲基硅烷层、P型硅层、二氧化硅层；聚二甲基硅烷的上层为P型硅层，P型硅层的上层为二氧化硅层，二氧化硅层上表面铺有7列石墨烯-金属组合周期单元，每列中石墨烯-金属组合周期单元的个数依次为4个、3个、4个、3个、4个、3个和4个，所有石墨烯-金属组合周期单元呈中心对称排列且任意相邻的两个石墨烯-金属组合周期单元均相切；每个石墨烯-金属组合周期单元由4个半径相同的四分之一圆和一层圆形石墨烯外加一个圆形金属导电圈组合而成，4个四分之一圆呈环形阵列紧贴排布于圆形石墨烯上，圆形金属导电圈环绕于所述的环形阵列之外且与圆形石墨烯同心布置；太赫兹信号在石墨烯-金属组合周期单元上方从几何中心处垂直输入，依次经过组合周期单元、二氧化硅层、P型硅层、聚二甲基硅烷层后垂直输出；通过在二氧化硅层与P型硅层之间加载偏置直流电压，实现不同外加电场时控制输出端太赫兹波传输的通断，进而实现开关的功能。

基于上述方案，可进一步采用如下优选方式：

所述的基底层的材料为聚二甲基硅烷，长度和宽度均为1mm～1.5mm，厚度为 63μm～67μm。所述的P型硅层长度和宽度均为1mm～1.5mm，厚度为0.45μm～0.55μm。所述的二氧化硅层长度和宽度均为0.8mm～1.2mm，厚度为0.25μm～0.35μm。所述的四分之一圆的材料均为铜，厚度为0.46μm～0.53μm，半径为45μm～50μm，石墨烯-金属组合周期单元中相邻的两个四分之一圆之间间隔1.75μm～2.25μm。所述的圆形石墨烯半径为35μm～40μm，厚度为0.33nm～0.34nm。圆形金属导电圈的材料为铜，厚度为 0.26μm～0.33μm，半径为95μm～100μm。