[发明专利]一种基于石墨烯的等离子激元开关

说明书

本发明涉及电子器件及开关技术领域，具体涉及一种基于石墨烯的等离子激元开关；基于石墨烯的等离子激元开关包括衬底层、六边形氮化硼衬底、石墨烯纳米带、金纳米棒、源极、漏极和石墨烯栅极，衬底层的上表面设有六边形氮化硼衬底，六边形氮化硼衬底的上表面设有石墨烯纳米带，石墨烯纳米带呈T型结构设置，且石墨烯纳米带的左侧设有金纳米棒，前侧设有源极，后侧设有漏极，衬底层的前侧设有石墨烯栅极；本发明所制备的石墨烯等离子激元开关利用p偏振红外光吸收光谱技术和石墨烯等离子激元特征优势等手段所制备的等离子激元开关具有光吸收能力强、响应速度快等优点。

技术领域

本发明涉及电子器件及开关技术领域，具体涉及一种基于石墨烯的等离子激元开关。

背景技术

石墨烯(graphene)是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型，呈蜂巢晶格的平面薄膜，由于在狄拉克点附近的线性能带结构色散和电子与空穴二者极高的载流子迁移率，石墨烯呈现出奇特的电子特性，如量子自旋霍尔效应，基于上述原因，石墨烯作为下一代半导体材料，引起了相当多的关注。和传统的硅基晶体管的制备材料相比，石墨烯具有优异的力学、热学、光学及电学特性，石墨烯的这些优异的性能促使其在电子器件和光电器件领域具有巨大的应用潜力。

表面等离子体极化子，即金属或半导体表面电荷的集体振荡，已被用于在纳米尺度上限制和操纵电磁能量。特别地，石墨烯表面电浆子是狄拉克准粒子的集体振动，这些准粒子揭示了高约束、静电可调性和长寿命。石墨烯中的等离子体激元对于在太赫兹到红外(IR)的宽频率范围内的光电子和纳米光子应用具有很大的潜力。研究等离子体激元的一个常用方法是基于等离子体介质的纳米结构。由石墨烯纳米带(GNRs)和石墨烯纳米盘组成的大面积结构，已被各种光谱技术广泛研究。这些类型的结构具有实际应用价值，包括表面增强红外振动光谱，调制器，光电探测器和可调超材料。尽管石墨烯纳米结构的整体、区域平均响应具有很好的特征，但在这些纳米结构中，限制等离子体激元模式的实际空间特性仍未被探索。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于石墨烯的等离子激元开关，本发明所制备的石墨烯等离子激元开关利用p偏振红外光吸收光谱技术和石墨烯等离子激元特征优势等手段所制备的等离子激元开关具有光吸收能力强、响应速度快等优点。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种基于石墨烯的等离子激元开关，所述基于石墨烯的等离子激元开关包括衬底层、六边形氮化硼衬底、石墨烯纳米带、金纳米棒、源极、漏极和石墨烯栅极，所述衬底层的上表面设有所述六边形氮化硼衬底，所述六边形氮化硼衬底的上表面设有所述石墨烯纳米带，所述石墨烯纳米带呈T型结构设置，且所述石墨烯纳米带的左侧设有所述金纳米棒，前侧设有所述源极，后侧设有所述漏极，所述衬底层的前侧设有所述石墨烯栅极。

优选的，所述衬底层为涂有一层Al₂O₃薄膜的硅基板，且所述硅基板的厚度为200-500μm。

优选的，所述硅基板为SiO₂基底。

优选的，所述源极和所述漏极分别采用厚度为20-50nm的Cr和Au制成。

一种基于石墨烯的等离子激元开关的制备方法，包括以下步骤：

(1)将硅基板依次用丙酮、乙醇超声5-10min，再用去离子水超声5-10min，然后用氮气吹干，放入干燥器中备用；

(2)将上述制备好的样品置于臭氧发生装置中进行常温处理；

(3)采用原子层沉积法在硅基板上生长一层Al₂O₃薄膜，得到衬底层；

(4)通过电子束蒸发法或磁控溅射法分别在衬底层上生长一层六边形氮化硼衬底和石墨烯栅极，且控制六边形氮化硼衬底的厚度在10-100nm；