[发明专利]一种用于全光调制的石墨烯等离激元器件及制备方法

权利要求书

1.一种用于全光调制的石墨烯等离激元器件，其特征在于，所述激元器件由下至上依次包括TMD薄膜层和石墨烯薄膜层，所述石墨烯薄膜层覆盖于所述TMD薄膜层上形成石墨烯/TMD异质结；

其中，所述石墨烯薄膜层内存在固定的费米能，具有所述费米能的所述石墨烯薄膜层与所述TMD薄膜层间形成具有石墨烯/TMD异质结的周期性纳米结构。

2.根据权利要求1所述的用于全光调制的石墨烯等离激元器件，其特征在于，所述TMD薄膜层下表面设置有基底，所述基底上表面开设有凹槽，一部分所述TMD薄膜层悬空设置在所述凹槽上，在所述基底下表面设置有衬底。

3.根据权利要求1所述的用于全光调制的石墨烯等离激元器件，其特征在于，所述石墨烯/TMD异质结的周期性纳米结构边缘在红外光激发下产生石墨烯局域等离激元，实现入射红外光与石墨烯表面等离激元的波矢匹配。

4.根据权利要求1所述的用于全光调制的石墨烯等离激元器件，其特征在于，所述石墨烯/TMD异质结的周期性纳米结构为由所述石墨烯/TMD异质结刻蚀成的相互平行且互不接触的石墨烯/TMD条带纳米结构，所述石墨烯/TMD条带纳米结构的横切面为长方形。

5.根据权利要求4所述的用于全光调制的石墨烯等离激元器件，其特征在于，所述石墨烯/TMD异质结的周期性纳米结构由所述石墨烯/TMD条带纳米结构和石墨烯/TMD圆盘纳米结构平行交错构成，所述石墨烯/TMD圆盘纳米结构横切面为圆形。

6.根据权利要求4所述的用于全光调制的石墨烯等离激元器件，其特征在于，所述石墨烯/TMD异质结的周期性纳米结构由所述石墨烯/TMD条带纳米结构和石墨烯/TMD三角形纳米结构平行交错构成，所述石墨烯/TMD三角形纳米结构横切面为三角形。

7.根据权利要求4所述的用于全光调制的石墨烯等离激元器件，其特征在于，所述石墨烯/TMD异质结的周期性纳米结构由所述石墨烯/TMD条带纳米结构和石墨烯/TMD正方形纳米结构平行交错构成，所述石墨烯/TMD正方形纳米结构横切面为正方形。

8.根据权利要求2所述的用于全光调制的石墨烯等离激元器件，其特征在于，所述衬底为硅片；所述基底为电介质层或多层结构；所述TMD薄膜层为带隙在可见光波段的TMD材料；所述电介质层材料为MgF₂，CaF₂，BaF₂或无红外声子干扰的材料，所述电介质层厚度为10nm～3000nm。

9.根据权利要求1所述的用于全光调制的石墨烯等离激元器件，其特征在于，所述石墨烯薄膜层内存在的所述费米能通过对所述石墨烯/TMD异质结进行电学掺杂或化学掺杂形成。

10.一种用于全光调制的石墨烯等离激元器件制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤a、选择合适尺寸的硅作为衬底，通过电子束蒸镀、热蒸镀、磁控溅射、原子层沉积或分子束外延生长方法在所述衬底上制备电介质层；

步骤b、通过标准机械剥离工艺或者化学气相沉积法得到TMD薄膜层和石墨烯薄膜层；将剥离的所述TMD薄膜层转移到所述电介质层上，将剥离的所述石墨烯薄膜层转移到所述TMD薄膜层上；

步骤c、所述TMD薄膜层和所述石墨烯薄膜层间形成石墨烯/TMD异质结，通过对所述石墨烯/TMD异质结进行紫外光刻、电子束曝光、纳米压印结合等离子刻蚀制备形成石墨烯/TMD异质结的周期性纳米结构。