[发明专利]亚波长金属光栅结构的石墨烯光电探测器

权利要求书

1.亚波长金属光栅结构的石墨烯光电探测器，由衬底和吸收层组成，其特征在于：所述吸收层由附着在衬底上的单层的石墨烯、设置在石墨烯上方的缓冲层以及设置在缓冲层上的亚波长金属光栅结构组成，所述亚波长金属光栅结构采用银作为材料，所述亚波长金属光栅结构的光栅周期为400nm、狭缝宽度为100nm、光栅高度为240nm，以使得波长为1350nm的入射光在光栅狭缝近场产生表面等离子体共振，所述缓冲层采用硅材料制成且其厚度为20nm，所述缓冲层用于促进石墨烯对电场的吸收。

2.如权利要求1所述的亚波长金属光栅结构的石墨烯光电探测器，其特征在于，所述亚波长金属光栅结构的相对介电常数为Drude模型：

式(1)中，γ和ω分别表示电子碰撞频率和入射光的角频率，i为虚数单位，ε_∞和ω_p分别为无限大频率介电常数和表面等离子体频率。

3.如权利要求2所述的亚波长金属光栅结构的石墨烯光电探测器，其特征在于：所述石墨烯的相对介电常数为ε_g＝1+iσ_g/ωε₀Δ，其中Δ为单层石墨烯的厚度，ω表示入射光的角频率，i为虚数单位，ε₀是真空介电常数，σ_g为导电常数，σ_g＝σ_intra+σ_inter，其中

式(2)中e和u_c分别表示电子单位电量和化学电势，k_B和分别玻尔兹曼常数和普朗克常数，T和τ分别表示温度和电荷载流子散射动量的弛豫时间，石墨烯的物理参量分别为：u_c＝0.15eV,T＝300K,τ＝0.5ps，石墨烯载流子速度为40000cm²V^-1s^-1。

4.提高石墨烯光电探测器对1350nm波长光的响应度的方法，其特征在于：在衬底上设置单层石墨烯作为吸收层，在作为吸收层的单层石墨烯上设置20nm厚硅材料的缓冲层，在缓冲层上设置亚波长金属光栅结构，控制所述亚波长金属光栅结构的光栅周期为400nm、狭缝宽度为100nm、光栅高度为240nm，使入射光在光栅狭缝近场产生表面等离子体共振，并通过所述缓冲层促进石墨烯对电场的吸收，从而提高石墨烯光电探测器对1350nm波长光的响应度。