鋸齒狀二硫化鉬薄膜結構可調太赫茲波濾波器的製作方法

2023-08-12 19:32:01 2

本發明涉及太赫茲波濾波器，尤其涉及一種鋸齒狀二硫化鉬薄膜結構可調太赫茲波濾波器。

背景技術：

濾波器是一種選頻裝置,具有選頻、分頻、抑制幹擾等作用,按其作用可分為帶通濾波器、帶阻濾波器等。太赫茲濾波器作為太赫茲光功能器件中的熱口研巧方向，原因是太赫茲濾波器是太赫茲通訊、成像系統的重要功能部件之一，太赫茲技術的迅速發展，使得人們對太赫茲波功能器件的需求越來越大，因此，太赫茲波濾波器在實際中有重要的應用。

隨著科研工作者對太赫茲的深入研究，近年來陸續被提出基於多種材料的太赫茲濾波器的具體實現結構，極大地促進了應用於太赫茲領域的濾波器的研巧。當前國內外研究的並提出過的太赫茲波濾波器結構主要基於光子晶體、超材料等結構，這些結構往往很複雜，而且在實際製作過程中困難重重，成本較高，對加工工藝和加工環境要求也高。所以迫切需要提出結構簡單、尺寸小、便於加工製作的太赫茲波濾波器來支撐太赫茲波應用領域的發展。而二硫化鉬薄膜材料憑藉其在太赫茲頻段的獨特性質，單元結構的設計種類越來越多樣化，越來越多的諧振響應特性和關聯參數被發現，為該頻段光功能器件的研巧提供了新的解決方法。

技術實現要素：

本發明為了克服現有技術不足，提供一種結構簡單、濾波性能高的鋸齒狀二硫化鉬薄膜結構可調太赫茲波濾波器。

為了達到上述目的，本發明的技術方案如下：

鋸齒狀二硫化鉬薄膜結構可調太赫茲波濾波器包括基底層、二氧化矽層、右側矩形二硫化鉬薄膜、右側鋸齒形二硫化鉬薄膜、中間鋸齒形二硫化鉬薄膜、左側鋸齒形二硫化鉬薄膜、左上矩形二硫化鉬薄膜、左下矩形二硫化鉬薄膜、信號輸入端、第一信號輸出端、第二信號輸出端；基底層的上層為二氧化矽層，二氧化矽層的上層鋪有右側矩形二硫化鉬薄膜、右側鋸齒形二硫化鉬薄膜、中間鋸齒形二硫化鉬薄膜、左側鋸齒形二硫化鉬薄膜、左上矩形二硫化鉬薄膜、左下矩形二硫化鉬薄膜，右側鋸齒形二硫化鉬薄膜、中間鋸齒形二硫化鉬薄膜和左側鋸齒形二硫化鉬薄膜自右向左順序排列，右側鋸齒形二硫化鉬薄膜和左側鋸齒形二硫化鉬薄膜上下兩側均等距離分布三個形狀大小相同的矩形開槽，中間鋸齒形二硫化鉬薄膜上下各等距離分布四個形狀大小相同的矩形開槽，右側鋸齒形二硫化鉬薄膜的右端與右側矩形二硫化鉬薄膜的左端相連，左側鋸齒形二硫化鉬薄膜的左端與左上矩形二硫化鉬薄膜和左下矩形二硫化鉬薄膜的右端相連，右側矩形二硫化鉬薄膜的右端與二氧化矽層的右端相連，左上矩形二硫化鉬薄膜和左下矩形二硫化鉬薄膜的左端與二氧化矽層的左端相連，右側矩形二硫化鉬薄膜的右端設有第一信號輸出端，左上矩形二硫化鉬薄膜的左端設有信號輸入端，左下矩形二硫化鉬薄膜的左端設有第二信號輸出端；在二硫化鉬薄膜與基底層之間加載偏置直流電壓，可以通過改變偏置電壓實現調節二硫化鉬薄膜的有效介電常數，使太赫茲信號從信號輸入端輸入，調節從第二信號輸出端輸出的太赫茲頻率。

所述的基底層的材料為P型矽材料，長度為16～18μm，寬度為6～8μm，厚度為2～4μm。所述的二氧化矽層的長度為16～18μm，寬度為6～8μm，厚度為2～4μm。所述的右側矩形二硫化鉬薄膜的長度均為6～8μm，寬度均為1～2μm。所述的右側鋸齒形二硫化鉬薄膜和左側鋸齒形二硫化鉬薄膜上下兩側均等距離分布三個形狀大小相同的矩形開槽，其中鋸齒形二硫化鉬薄膜的長度均為6～8μm，寬度均為2～3μm，矩形開槽的長度均為6～8μm，寬度均為2～3μm。所述的中間鋸齒形二硫化鉬薄膜上下各等距離分布四個形狀大小相同的矩形開槽，其中鋸齒形二硫化鉬薄膜的長度均為6～8μm，寬度均為2～3μm，矩形開槽的長度均為6～8μm，寬度均為2～3μm。所述的左上矩形二硫化鉬薄膜的長度均為6～8μm，寬度均為0.8～1.5μm。所述的左下矩形二硫化鉬薄膜的長度均為6～8μm，寬度均為0.5～1μm。

本發明鋸齒狀二硫化鉬薄膜結構可調太赫茲波濾波器具有結構簡單緊湊，尺寸小，響應快，設計原理簡單等優點；且能夠通過在二硫化鉬薄膜與基底層之間加載偏置直流電壓，改變偏置電壓實現調節二硫化鉬薄膜的有效介電常數，從而調節從第二信號輸出端輸出的太赫茲頻率。

附圖說明

圖1是鋸齒狀二硫化鉬薄膜結構可調太赫茲波濾波器三維結構示意圖；

圖2是鋸齒狀二硫化鉬薄膜結構可調太赫茲波濾波器俯視圖；

圖3是鋸齒狀二硫化鉬薄膜結構可調太赫茲波濾波器信號輸出端輸出功率。

具體實施方式

如圖1～2所示，鋸齒狀二硫化鉬薄膜結構可調太赫茲波濾波器包括基底層1、二氧化矽層2、右側矩形二硫化鉬薄膜3、右側鋸齒形二硫化鉬薄膜4、中間鋸齒形二硫化鉬薄膜5、左側鋸齒形二硫化鉬薄膜6、左上矩形二硫化鉬薄膜7、左下矩形二硫化鉬薄膜8、信號輸入端9、第一信號輸出端10、第二信號輸出端11；基底層1的上層為二氧化矽層2，二氧化矽層2的上層鋪有右側矩形二硫化鉬薄膜3、右側鋸齒形二硫化鉬薄膜4、中間鋸齒形二硫化鉬薄膜5、左側鋸齒形二硫化鉬薄膜6、左上矩形二硫化鉬薄膜7、左下矩形二硫化鉬薄膜8，右側鋸齒形二硫化鉬薄膜4、中間鋸齒形二硫化鉬薄膜5和左側鋸齒形二硫化鉬薄膜6自右向左順序排列，右側鋸齒形二硫化鉬薄膜4和左側鋸齒形二硫化鉬薄膜6上下兩側均等距離分布三個形狀大小相同的矩形開槽，中間鋸齒形二硫化鉬薄膜5上下各等距離分布四個形狀大小相同的矩形開槽，右側鋸齒形二硫化鉬薄膜4的右端與右側矩形二硫化鉬薄膜3的左端相連，左側鋸齒形二硫化鉬薄膜6的左端與左上矩形二硫化鉬薄膜7和左下矩形二硫化鉬薄膜8的右端相連，右側矩形二硫化鉬薄膜3的右端與二氧化矽層2的右端相連，左上矩形二硫化鉬薄膜7和左下矩形二硫化鉬薄膜8的左端與二氧化矽層2的左端相連，右側矩形二硫化鉬薄膜3的右端設有第一信號輸出端10，左上矩形二硫化鉬薄膜7的左端設有信號輸入端9，左下矩形二硫化鉬薄膜8的左端設有第二信號輸出端11；在二硫化鉬薄膜與基底層1之間加載偏置直流電壓，可以通過改變偏置電壓實現調節二硫化鉬薄膜的有效介電常數，調節從第二信號輸出端輸出的太赫茲波頻率。

所述的基底層1的材料為P型矽材料，長度為16～18μm，寬度為6～8μm，厚度為2～4μm。所述的二氧化矽層2的長度為16～18μm，寬度為6～8μm，厚度為2～4μm。所述的右側矩形二硫化鉬薄膜3的長度均為6～8μm，寬度均為1～2μm。所述的右側鋸齒形二硫化鉬薄膜4和左側鋸齒形二硫化鉬薄膜6均在上下兩側均等距離分布三個形狀大小相同的矩形開槽，其中鋸齒形二硫化鉬薄膜的長度均為6～8μm，寬度均為2～3μm，矩形開槽的長度均為6～8μm，寬度均為2～3μm。所述的中間鋸齒形二硫化鉬薄膜5上下各等距離分布四個形狀大小相同的矩形開槽，其中鋸齒形二硫化鉬薄膜的長度均為6～8μm，寬度均為2～3μm，矩形開槽的長度均為6～8μm，寬度均為2～3μm。所述的左上矩形二硫化鉬薄膜7的長度均為6～8μm，寬度均為0.8～1.5μm。所述的左下矩形二硫化鉬薄膜8的長度均為6～8μm，寬度均為0.5～1μm。

實施例1

鋸齒狀二硫化鉬薄膜結構可調太赫茲波濾波器：

如圖1～2所示，鋸齒狀二硫化鉬薄膜結構可調太赫茲波濾波器包括基底層1、二氧化矽層2、右側矩形二硫化鉬薄膜3、右側鋸齒形二硫化鉬薄膜4、中間鋸齒形二硫化鉬薄膜5、左側鋸齒形二硫化鉬薄膜6、左上矩形二硫化鉬薄膜7、左下矩形二硫化鉬薄膜8、信號輸入端9、第一信號輸出端10、第二信號輸出端11；基底層1的上層為二氧化矽層2，二氧化矽層2的上層鋪有右側矩形二硫化鉬薄膜3、右側鋸齒形二硫化鉬薄膜4、中間鋸齒形二硫化鉬薄膜5、左側鋸齒形二硫化鉬薄膜6、左上矩形二硫化鉬薄膜7、左下矩形二硫化鉬薄膜8，右側鋸齒形二硫化鉬薄膜4、中間鋸齒形二硫化鉬薄膜5和左側鋸齒形二硫化鉬薄膜6自右向左順序排列，右側鋸齒形二硫化鉬薄膜4和左側鋸齒形二硫化鉬薄膜6均上下均等距離分布三個形狀大小相同的矩形開槽，中間鋸齒形二硫化鉬薄膜5上下各等距離分布四個形狀大小相同的矩形開槽，右側鋸齒形二硫化鉬薄膜4的右端與右側矩形二硫化鉬薄膜3的左端相連，左側鋸齒形二硫化鉬薄膜6的左端與左上矩形二硫化鉬薄膜7和左下矩形二硫化鉬薄膜8的右端相連，右側矩形二硫化鉬薄膜3的右端與二氧化矽層2的右端相連，左上矩形二硫化鉬薄膜7和左下矩形二硫化鉬薄膜8的左端與二氧化矽層2的左端相連，右側矩形二硫化鉬薄膜3的右端設有第一信號輸出端10，左上矩形二硫化鉬薄膜7的左端設有信號輸入端9，左下矩形二硫化鉬薄膜8的左端設有第二信號輸出端11。

基底層的材料為P型矽材料，長度為18μm，寬度為8μm，厚度為4μm。二氧化矽層的長度為18μm，寬度為8μm，厚度為4μm。右側矩形二硫化鉬薄膜的長度均為8μm，寬度均為2μm。右側鋸齒形二硫化鉬薄膜和左側鋸齒形二硫化鉬薄膜均上下均等距離分布三個形狀大小相同的矩形開槽，其中鋸齒形二硫化鉬薄膜的長度均為8μm，寬度均為3μm，矩形開槽的長度均為8μm，寬度均為3μm。中間鋸齒形二硫化鉬薄膜上下各等距離分布四個形狀大小相同的矩形開槽，其中鋸齒形二硫化鉬薄膜的長度均為8μm，寬度均為3μm，矩形開槽的長度均為8μm，寬度均為3μm。左上矩形二硫化鉬薄膜的長度均為8μm，寬度均為1.5μm。左下矩形二硫化鉬薄膜的長度均為8μm，寬度均為1μm。在二硫化鉬薄膜與基底層1之間加載偏置直流電壓，可以通過改變偏置電壓實現調節二硫化鉬薄膜的有效介電常數，調節從第二信號輸出端輸出的太赫茲頻率。鋸齒狀二硫化鉬薄膜結構可調太赫茲波濾波器的各項性能指標採用COMSOL Multiphysics軟體進行測試，圖3為鋸齒狀二硫化鉬薄膜結構可調太赫茲波濾波器信號輸出端輸出功率圖，由圖可知，當無外加電壓，輸入太赫茲波為f＝4.03THz時，輸出功率為89.5％；當外加電壓為0.2eV時，輸入太赫茲波為f＝5.49THz時，輸出功率為90.8％；當外加電壓為0.4eV時，輸入太赫茲波為f＝7.01THz時，輸出功率為88.9％。