基于微納光纖結構的寬譜石墨烯光電導探測器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及的是光纖通信技術領域，具體是一種基于微納光纖結構的寬譜石墨締 光電導探測器。
【背景技術】
[0002] 隨著光電探測技術的日漸成熟、應用范圍逐漸擴大，對于探測器探測速率、有效波 長、靈敏度的要求越來越高，而CMOS技術的快速發(fā)展也要求光電探測器逐漸向集成化發(fā) 展。石墨締能夠在寬譜的范圍吸收能量產生電子空穴對，使紅外到可見到紫外W及兆赫茲 波段的寬譜光電探測成為可能；且石墨締可W與高集成化的娃基器件完美集成，在低功耗、 大范圍集成方面具有極大的優(yōu)勢。
[0003] 經過對現(xiàn)有技術的檢索發(fā)現(xiàn)，2013年9月麻省理工學院的Ren-JyeShiue和 甘雪濤等人在AppliedPhysicsLetters第103卷24期上發(fā)表了學術論文"Enhanced photodetectioningraphene-integratedphotoniccrystalcavity"，提出了通過利用 光子晶體諧振腔中的慢光效應增加石墨締與輸入光場的作用。通過光場沿光子晶體表面?zhèn)?輸，大幅度提高了石墨締的光場吸收率。但是由于娃基結構通光的約束，光子晶體中入射光 入射時具有很大的禪合損耗，運在一定程度上也限制了運種光電探測器的探測效率，實驗 中觀察到的最大探測效率約為0. 6mA/W。
[0004] 中國專利文獻號CN103943715A，公開日2014. 07. 23,公開了一種集成分布布拉格 反射光柵的增強型石墨締波導探測器。其特點是包括：一光波導，形成在襯底縱向的上面； 一絕緣透明薄膜均勻制作在襯底上，并覆蓋光波導；一石墨締薄膜制作在絕緣透明薄膜上， 并覆蓋條狀的該光波導中間部分；一第一金屬電極和一第二金屬電極，兩金屬電極均具有 一接觸端和條狀的電極端，其接觸端制作在絕緣透明薄膜上的一側，其電極端縱向制作在 石墨締薄膜上；一柵電極窗口，其形成于絕緣透明薄膜上，位于暴露的透明絕緣薄膜的任意 表面。該探測器結構較復雜。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，提出了一種基于微納光纖結構的寬譜石墨 締光電導探測器。該光電導探測器具有寬譜探測、探測效率高、插入損耗小、結構簡單的優(yōu) 點。
[0006] 本發(fā)明是通過W下技術方案實現(xiàn)的：
[0007] 本發(fā)明包括：襯底、微納光纖、石墨締薄膜、金屬電極和偏置電壓，其中：金屬電極 制作在襯底上，石墨締薄膜制作在金屬電極上并將金屬電極分隔為第一電極和第二電極， 微納光纖與石墨締薄膜相接觸，偏置電壓連接第一電極和第二電極。 技術效果
[0008] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提出的基于微納光纖結構的寬譜石墨締光電導探測器結 構簡單，可W較好的與光纖系統(tǒng)相結合，更適合石墨締材料在光纖通信系統(tǒng)的研究。同時， 由于微納光纖的插入損耗幾乎可W忽略，所W運種結構能夠將入射光最大限度的輸入到系 統(tǒng)中與石墨締相互作用，顯著提升光電探測效率。另外，運種結構對石墨締的探測波長不會 產生影響，探測波長可W覆蓋整個通信波段。最大轉換效率能夠達到2. 81mA/W，與已有的單 層石墨締光電導探測器相比有很大提升，且探測帶寬優(yōu)于加入了諧振結構的探測器。
【附圖說明】
[0009] 圖1為本發(fā)明的器件結構圖；
[0010] 圖中：(a)為器件結構示意圖，化）為實驗中制備的器件顯微照片；
[0011] 圖2為本發(fā)明測試系統(tǒng)結構圖；
[0012] 圖中：(a)為待測器件裝置圖，化）為測試系統(tǒng)示意圖；
[0013] 圖3為本發(fā)明測試結果圖；
[0014] 圖4為本發(fā)明在入射光波長1500~ieOOnm范圍內的光電轉換效率變化趨勢圖；
[0015] 圖中：襯底1、微納光纖2、石墨締薄膜3、金屬電極4、第一電極41、第二電極42、偏 置電壓5、光纖支架6、激光器7、光纖放大器8、偏振控制器9、功率計10。
【具體實施方式】
[0016] 下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在W本發(fā)明技術方案為前提下進行 實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施 例。 實施例1 陽017] 如圖1所示，本實施例包括：襯底1、微納光纖2、石墨締薄膜3、金屬電極4和偏置 電壓5,其中：金屬電極4制作在襯底1上，石墨締薄膜3制作在金屬電極4上并將金屬電 極4分隔為第一電極41和第二電極42,微納光纖2與石墨締薄膜3相接觸，偏置電壓5連 接第一電極41和第二電極42。
[0018] 所述的微納光纖2固定于光纖支架6上，通過光纖支架6上的=維控制旋轉按鈕 來調節(jié)前后、左右、上下S個方向的移動。
[0019] 如圖2 (a)所示，所述的微納光纖2呈U形搭接于石墨締薄膜3,兩端呈拉錐狀，微 納光纖2與石墨締薄膜3依靠分子間范德華力緊密接觸，實現(xiàn)微納光纖2與石墨締薄膜3 接觸的精密控制。
[0020] 如圖2(b)所示，微納光纖2的末端連接功率計10,W觀測石墨締薄膜3與微納光 纖2接觸而引起的插損；制作的半徑約為1ym的微納光纖2在不接觸石墨締薄膜3時插損 約為1. 07地，將微納光纖2搭在石墨締薄膜3的表面時，微納光纖2的插損增大為11. 7地， 可W忽略不計。
[0021] 如圖1和圖2所示，在兩端金屬電極4上加上一個偏置電壓5,當向微納光纖2中 通入一路累浦光時，石墨締薄膜3由于吸收微納光纖2的倏逝場，可W把一個光子變?yōu)橐粋€ 電子和一個空穴，在偏置電壓作用下，石墨締薄膜3產生的電子-空穴對不會重新結合而是 不斷地向兩端金屬電極4移動，入射光功率越大，石墨締薄膜3轉換的光子越多，器件中的 載流子濃度越高，整個器件的電阻越小。
[0022] 將不同光功率情況下測得的電流與不加偏置電壓5測得的暗電流之差定義為光 電流。如圖3(a)所示，當微納光纖2中通入累浦光后，整個器件的電阻有明顯的降低，電 流-電壓曲線與不加入累浦光的電流-電壓曲線相比有明顯的偏移。微納光纖2中通入不 同光功率的累浦光時，從圖3(b)可W看出，隨著入射光功率的增大，整個器件的電阻呈現(xiàn) 逐漸變小的趨勢，光電流逐漸增大。
[0023] 本探測器的響應率定義為光電流與入射光功率的比值，即
VH
[0024] 不同光功率的累浦光照射時，從圖3(c)中可W得出結論，隨著入射光功率的逐漸 增大，光電流變化逐漸變緩，運主要是與石墨締的飽和吸收特性有關。如圖3(d)，隨著入射 光功率逐漸增大，整個器件的響應率逐漸降低，在入射光功率為3地m時，響應率達到最大， 約為 2. 81mA/W。 陽02引如圖4所示，當向微納光纖2中通入光功率為14地m、波長1500~ieOOnm的累浦 光時，光電響應率呈現(xiàn)平穩(wěn)的變化趨勢，表明光電導探測器具有通信波段寬譜穩(wěn)定探測的 特性。
【主權項】
1. 一種基于微納光纖結構的寬譜石墨烯光電導探測器，其特征在于，包括：襯底、微納 光纖、石墨烯薄膜、金屬電極和偏置電壓，其中：金屬電極制作在襯底上，石墨烯薄膜制作在 金屬電極上并將金屬電極分隔為第一電極和第二電極，微納光纖與石墨烯薄膜相接觸，偏 置電壓連接第一電極和第二電極。2. 根據權利要求1所述的基于微納光纖結構的寬譜石墨烯光電導探測器，其特征是， 所述的微納光纖固定于光纖支架上，通過支架上的三維控制旋轉按鈕來調節(jié)前后、左右、上 下三個方向的移動。3. 根據權利要求1所述的基于微納光纖結構的寬譜石墨烯光電導探測器，其特征是， 所述的微納光纖呈U形與石墨烯薄膜表面相接觸，兩端呈拉錐狀，微納光纖與石墨烯薄膜 依靠分子間范德華力緊密接觸，實現(xiàn)微納光纖與石墨烯薄膜接觸的精密控制。4. 根據權利要求1所述的基于微納光纖結構的寬譜石墨烯光電導探測器，其特征是， 所述的探測器的響應率為光電流與入射光功率的比僧5. 根據權利要求4所述的基于微納光纖結構的寬譜石墨烯光電導探測器，其特征是， 當入射光功率為3dBm時，所述的響應率達到2. 81mA/W。
【專利摘要】一種光纖通信技術領域的基于微納光纖結構的寬譜石墨烯光電導探測器，包括：襯底、微納光纖、石墨烯薄膜、金屬電極和偏置電壓，其中：金屬電極制作在襯底上，石墨烯薄膜制作在金屬電極上并將金屬電極分隔為第一電極和第二電極，微納光纖與石墨烯薄膜相接觸，偏置電壓連接第一電極和第二電極。本發(fā)明具有寬譜探測、探測效率高、插入損耗小、結構簡單的優(yōu)點。
【IPC分類】H01L31/0232, H01L31/09
【公開號】CN105140314
【申請?zhí)枴緾N201510486303
【發(fā)明人】毛俊明, 周換穎, 孫曉文, 潘聽, 邱辭源, 蘇翼凱
【申請人】上海交通大學
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年8月10日