可調(diào)控硅-石墨烯混合納米線波導(dǎo)及器件的研究.pdf

1、隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對(duì)于通信網(wǎng)絡(luò)、高速互連和信息處理提出了更高的要求。硅基光子集成器件憑借體積小、成本低、具有CMOS工藝兼容性的優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的光子集成，在光通信、光互連和智能傳感等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用?？烧{(diào)控光子集成器件作為光子集成芯片的關(guān)鍵器件，一直受到人們廣泛的關(guān)注研究。但是，硅材料存在自身的缺陷，通常需要與其他材料混合集成，才能夠?qū)崿F(xiàn)性能良好的有源器件和功能器件。石墨烯是一種新型的二維晶體材料，具有優(yōu)異的電

2、學(xué)、光學(xué)、力學(xué)和熱學(xué)等方面的性質(zhì)。不過，石墨烯的二維結(jié)構(gòu)會(huì)限制它與光子的相互作用，不利于石墨烯優(yōu)異性質(zhì)的發(fā)揮。在本論文中，我們結(jié)合硅基光子學(xué)和石墨烯各自的優(yōu)勢(shì)與需求，提出了硅與石墨烯的混合集成，探究了可調(diào)控硅-石墨烯混合納米線波導(dǎo)及器件的理論建模、制作測(cè)試和應(yīng)用前景。
　　首先，我們介紹了石墨烯的晶格結(jié)構(gòu)、能帶理論和光學(xué)電導(dǎo)率模型，理論上分析了石墨烯的光學(xué)和光電子特性。我們還介紹了兩種對(duì)石墨烯進(jìn)行仿真計(jì)算的思路方法，并具體計(jì)算分析

3、了硅-石墨烯混合納米線波導(dǎo)的模式和傳輸損耗等特征。然后，我們探討了常見的石墨烯樣品的制備方法、表征手段和轉(zhuǎn)移工藝，詳細(xì)介紹了硅納米線波導(dǎo)器件的制作和測(cè)試方法。在此基礎(chǔ)上，我們探究了石墨烯與硅納米線波導(dǎo)混合集成的工藝流程和關(guān)鍵技術(shù)。
　　然后，我們?cè)O(shè)計(jì)制作了硅-石墨烯混合納米線波導(dǎo)，測(cè)試分析了混合納米線波導(dǎo)的基本特性。在硅-石墨烯混合納米線波導(dǎo)中，我們發(fā)現(xiàn)了一種光致透明效應(yīng)，具有極低的泵浦功率閾值（僅為～2 W/cm2）、局域和非局

4、域（距離遠(yuǎn)達(dá)～4 mm）的光照響應(yīng)等特性，可以用于實(shí)現(xiàn)大帶寬、遠(yuǎn)程控制、低功耗的全光調(diào)控功能。通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試與理論建模，我們對(duì)光致透明效應(yīng)的工作機(jī)理和全光調(diào)控的特性進(jìn)行了詳細(xì)分析。
　　接下來，我們提出了石墨烯透明納米加熱電極和石墨烯透明熱傳導(dǎo)器的設(shè)計(jì)，制作實(shí)現(xiàn)了幾種熱光調(diào)控的微盤諧振器和馬赫-曾德干涉器。石墨烯透明納米加熱電極具有比金屬加熱電極更好的加熱效率、工作速度和溫度范圍，在不平整表面結(jié)構(gòu)和微納尺寸結(jié)構(gòu)加熱方面具有一定的優(yōu)勢(shì)