CN104635358B

CN104635358B - 基于铁电薄膜的太赫兹调制器及其制作方法

Info

Publication number: CN104635358B
Application number: CN201310547214.6A
Authority: CN
Inventors: 张晓渝; 张力力; 李欣幸; 吕利; 秦华
Original assignee: Suzhou Institute of Nano Tech and Nano Bionics of CAS
Current assignee: Suzhou Institute of Nano Tech and Nano Bionics of CAS
Priority date: 2013-11-06
Filing date: 2013-11-06
Publication date: 2017-12-01
Anticipated expiration: 2033-11-06
Also published as: CN104635358A

Abstract

本发明公开一种基于铁电薄膜的太赫兹调制器及其制作方法。所述太赫兹调制器包括：介质基板，其对太赫兹波具有较高的透过率；多个铁电薄膜单元，阵列排布在所述介质基板上；太赫兹滤波结构，设置在所述介质基板和所述多个铁电薄膜单元上，并且所述太赫兹滤波结构对太赫兹波具有带通滤波效应。本发明充分结合了铁电薄膜的介电常数可高速调制和高Q因子的太赫兹滤波结构的优点，在太赫兹滤波结构工作频率下对太赫兹波的幅值进行高速电调制，具有调制速度高和调制深度大等特点，可以弥补现有高速太赫兹调制器性能的不足，且该太赫兹调制器装置操作简单，成本较低，易于集成，在太赫兹通讯和成像等应用方面具有较大的科学研究价值和市场前景。

Description

基于铁电薄膜的太赫兹调制器及其制作方法

技术领域

本发明涉及太赫兹（THz）波的应用技术领域；更具体地讲，涉及一种基于铁电薄膜的太赫兹调制器及其制作方法。

背景技术

太赫兹（THz）波是频率在0.1THz～10THz范围的电磁波，波长在30μm到3mm范围，介于微波与红外之间。与其他波段的电磁波相比，太赫兹波具有光子能量低、穿透力强等优异特性，因此在物理、化学和医药科学等基础研究领域以及安全检查、环境监测、通信等应用研究领域均具有巨大的科学研究价值和广阔的市场前景。随着太赫兹技术的迅速发展，太赫兹间隙的空白逐渐被填补，结合光子学和电子学应用于太赫兹技术使这一领域的发展获得了重大突破，如量子级联激光器，肖特基二极管和辐射热测量计（Bolometer）。在发展相应太赫兹光源和高灵敏度探测器的同时，高速太赫兹调制器是不可缺少的核心器件，进一步开发和提升太赫兹调制器的性能是十分必要的。

现有的太赫兹调制器主要是机械式调制方式的斩波器，其调制频率从几Hz至几kHz。近年来，人们又发展出了基于光子晶体材料的带隙迁移型太赫兹调制器，其调制深度可接近100%，调制速度约为10kHz，然而，由于光子晶体带隙边缘很难达到陡峭，因此插入损耗等指标都不是很理想。另外，基于超材料（Metamaterials）人工结构的太赫兹调制器也是目前的研究热点，然而由于受器件的RC常数的限制，此类器件的调制速度仍较低，只有几百Hz～几MHz，很难满足太赫兹在通讯和成像领域应用的要求。因此，如何提升调制速度成为进一步发展太赫兹调制器技术的关键。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于铁电薄膜的太赫兹调制器，其中，所述太赫兹调制器包括：介质基板，其对太赫兹波具有较高的透过率；多个铁电薄膜单元，阵列排布在所述介质基板上；太赫兹滤波结构，设置在所述介质基板和所述多个铁电薄膜单元上，并且所述太赫兹滤波结构对太赫兹波具有带通滤波效应。

本发明的另一目的还在于提供一种基于铁电薄膜的太赫兹调制器的制作方法，其中，所述制作方法包括步骤：A、在介质基板上形成媒介薄膜并用湿法刻蚀出用于制备多个铁电薄膜单元的阵列排布的多个窗口；B、在具有所述多个窗口的所述介质基板和所述媒介薄膜上沉积铁电薄膜；C、去除掉所述媒介薄膜以及不需要的铁电薄膜，进而在所述窗口中形成所述铁电薄膜单元；D、在所述介质基板和所述铁电薄膜单元上沉积用于形成太赫兹滤波结构的金属薄膜；E、采用剥离法去除掉不需要的金属薄膜，进而形成太赫兹滤波结构。

进一步地，所述太赫兹滤波结构包括：调制电压电极，制备在所述介质基板上并用于接收不同的调制电压；多个滤波框，阵列排布在所述介质基板上，其中，每个滤波框的第一框边设置在与其对应的所述铁电薄膜单元上，并且所述多个滤波框对太赫兹波进行带通滤波；接地端，制备在所述介质基板上并用于电性接地；多条接地导线，平行设置在所述介质基板上，其中，每条接地导线耦接到所述接地端以及至少一行滤波框的与第一框边相对的第二框边；多条电极导线，平行设置在所述介质基板上，其中，每条电极导线位于两行滤波框的第一框边之间，并且每条电极导线耦接所述调制电压电极以及所述两行滤波框的第一框边。

进一步地，所述滤波框呈矩形。

进一步地，所述滤波框的长度为10～30μm，所述滤波框的宽度为10～30μm，且所述滤波框的每一条框边的宽度为2～4μm。

进一步地，每行滤波框中的两个相邻滤波框的中心之间的距离为40～100μm。

进一步地，所述电极导线与其相邻的所述接地导线之间的距离为20～50μm。

进一步地，两条相邻的所述接地导线之间的距离为20～50μm。

进一步地，所述电极导线的线宽为2～4μm。

进一步地，所述接地导线的线宽为2～4μm。

本发明充分结合了铁电薄膜的介电常数可高速调制和高Q因子的太赫兹滤波结构的优点，在太赫兹滤波结构工作频率下对太赫兹波的幅值进行高速电调制，具有调制速度高和调制深度大等特点，可以弥补现有高速太赫兹调制器性能的不足，且该太赫兹调制器装置操作简单，成本较低，易于集成，在太赫兹通讯和成像等应用方面具有较大的科学研究价值和市场前景。

附图说明

图1是本发明的实施例1的基于铁电薄膜的太赫兹调制器的结构示意图。

图2是本发明的实施例1的基于铁电薄膜的太赫兹调制器的制作方法流程图。

图3是本发明的实施例1的基于铁电薄膜的太赫兹调制器的测试示意图。

图4是本发明的实施例1的基于铁电薄膜的太赫兹调制器的测试结果曲线图。

图5是本发明的实施例2的基于铁电薄膜的太赫兹调制器的结构示意图。

图6是本发明的实施例2的基于铁电薄膜的太赫兹调制器的测试示意图。

图7是本发明的实施例2的基于铁电薄膜的太赫兹调制器的测试结果曲线图。

图8是本发明的实施例3的基于铁电薄膜的太赫兹调制器的结构示意图。

图9是本发明的实施例3的基于铁电薄膜的太赫兹调制器的测试示意图。

图10是本发明的实施例3的基于铁电薄膜的太赫兹调制器的测试结果曲线图。

具体实施方式

本发明将铁电薄膜材料引入到太赫兹调制器中，由于铁电薄膜材料的横光学声子软模在太赫兹频段，物理机制上决定了铁电薄膜材料在太赫兹波段有较强的介电响应。铁电薄膜材料的太赫兹介电响应主要来自于晶格振动，其复介电常数可以由pseudo-harmonic声子模型来决定，其中，ε_∞为高频介电常数，ε_st为静态介电常数，ω_TO为横光学声子模的角频率，γ_TO为衰减系数。利用铁电薄膜材料的太赫兹介电响应特性，在外加偏置电压的调制下，通过调控铁电薄膜的介电常数来调控太赫兹调制器的工作频率，即工作频率随偏置电压的增加而发生蓝移，进而使太赫兹调制器在工作频率处实现高调制深度。另外，为了降低太赫兹调制器的RC常数（即时间常数），在设计太赫兹滤波器时，将铁电薄膜进行图形化，即只在需要铁电薄膜的位置制备铁电薄膜。因此，结合铁电薄膜材料优良的太赫兹介电响应特性和介电调谐率，将其应用于太赫兹调制器中是非常有意义的。

本发明的太赫兹调制器的机理主要是通过施加偏置电压来对铁电薄膜的介电常数实现电调控，使得高Q因子的太赫兹滤波器工作频率发生改变，进而实现对太赫兹波的电场幅值进行直接调制。

本发明的太赫兹调制器包括介质基板、阵列排布在介质基板上的多个铁电薄膜单元以及附着在介质基板和多个铁电薄膜单元上的太赫兹滤波结构（即太赫兹滤波器）。

其中，所述介质基板是由对太赫兹波有较高透射率的介质材料形成的，并且所述介质基板易于铁电薄膜和金属薄膜的沉积生长，因此，所述介质基板可例如是单晶氧化铝（Al₂O₃）基片或者单晶高阻硅基片。

所述多个铁电薄膜单元形成的阵列是由一系列相同尺寸的铁电薄膜单元组成的，其中，将连续的铁电薄膜图形化为多个铁电薄膜单元形成的阵列是可以通过脉冲激光沉积或溶胶凝胶方法并结合半导体微纳加工工艺进行制备而成。

所述太赫兹滤波结构是由一定尺寸的金属薄膜按特殊布局形成的结构，例如，可以是采用电子束蒸发技术制备的金薄膜，通过微纳加工工艺将金薄膜刻蚀成一定线宽形成的网状结构。其中，微纳加工工艺包括清洗介质基板、裂片、减薄抛光、电子束蒸发、UV光刻和剥离等。

具体而言，本发明的太赫兹调制器的各部分的功能作用如下：

所述太赫兹滤波结构的作用是对太赫兹波形成带通滤波效应，并且太赫兹滤波结构的工作频率是由太赫兹滤波结构的尺寸和介质基板的介电常数所决定的。

所述铁电薄膜单元的作用是在外加偏置电压的调控下使所述铁电薄膜单元的电极化强度发生改变，进而引起所述铁电薄膜单元面内介电常数的变化，实现太赫兹调制器工作频率的变化。

所述介质基板的作用是承载太赫兹调制器的核心单元（即多个铁电薄膜单元和金属性太赫兹滤波结构），并且对太赫兹波有较高的透射率。

下面通过参照附图对本发明的几个优选实施例进行描述来解释本发明，其中，相同的标号始终表示相同部件。在附图中，为了清晰起见，可以夸大层和区域的厚度。在下面的描述中，为了避免公知结构和/或功能的不必要的详细描述所导致的本发明构思的混淆，可省略公知结构和/或功能的不必要的详细描述。

在下面的实施例的描述中，介质基板采用高阻硅基片，铁电薄膜的材料采用钛酸锶钡，而用于形成太赫兹滤波结构的金属材料为金（Au）。但在本发明中，并不限于此，正如上所述，介质基板也可采用单晶氧化铝（Al₂O₃）基片或者其他对太赫兹波具有较高透过率的基片；铁电薄膜的材料也可采用铌酸锂（LiNdO₃）、钛酸铋（Bi₄Ti₃O₁₂）等其他铁电薄膜材料；而用于形成太赫兹滤波结构的金属材料例如也可为银、铝等其他金属。

实施例1

参照图1，本发明的实施例1的基于铁电薄膜的太赫兹调制器11包括高阻硅基片1（即介质基板）、阵列排布在高阻硅基片1表面上的多个钛酸锶钡薄膜单元2（即铁电薄膜单元）以及太赫兹滤波结构。在本实施例中，设计太赫兹滤波结构的工作频率范围为0.8～0.95THz，以适用于太赫兹返波管的光源输出，但本发明并不限于此。

具体而言，所述太赫兹滤波结构包括：调制电压电极3，制备在高阻硅基片1上并用于接收不同的调制电压；多个呈矩形状的滤波框9，阵列排布在高阻硅基片1上，其中，一个滤波框9对应一个钛酸锶钡薄膜单元2（即滤波框9的数量与钛酸锶钡薄膜单元2的数量相同），每个滤波框9的第一框边91设置在与其对应的钛酸锶钡薄膜单元2上，并且该多个滤波框9对太赫兹波进行带通滤波（即该多个滤波框9对太赫兹波具有带通滤波效应）；接地端4，设置在高阻硅基片1上并用于电性接地；多条接地导线10，平行设置在高阻硅基片1上，其中，每条接地导线10耦接到接地端4以及一行滤波框9的与第一框边91相对的第二框边（未示出），该第二框边被接地导线10覆盖；多条电极导线6，平行设置在高阻硅基片1上，其中，每条电极导线6位于两行滤波框9的第一框边91之间，并且每条电极导线6耦接调制电压电极3以及两行滤波框9的第一框边91。

下面将对本发明的实施例1的基于铁电薄膜的太赫兹调制器11的制作方法进行描述。图2是本发明的实施例1的基于铁电薄膜的太赫兹调制器的制作方法的流程图。

在制作本发明的实施例1的基于铁电薄膜的太赫兹调制器11之前，需先对本实施例的太赫兹调制器11中的太赫兹滤波结构进行模拟，进而得到太赫兹滤波结构的最佳参数。例如可利用基于时域有限差分（FDTD）的计算方法，模拟太赫兹波通过本实施例的太赫兹调制器11的透射情况，建立优化的太赫兹滤波结构的模型，其中，由于金属材料金（Au）不易被氧化且导电率较高，优选的，在模拟过程中将太赫兹滤波结构所用的材料设置为金。通过优化太赫兹滤波结构的尺寸，得到太赫兹滤波结构的优选尺寸，具体为：每个滤波框9的长度L=18μm，且每个滤波框9的宽度H=18μm（换句话说，优选的滤波框9呈正方形，但本发明并不限于此）；每行滤波框9中的两个相邻滤波框9之间的距离a=36μm，即每行滤波框9中的两个相邻滤波框9的中心之间的距离为a+L=54μm；；每条电极导线6与其相邻的接地导线10之间的距离b=37.5μm；相邻的两条接地导线10之间的距离c=36μm；而形成太赫兹滤波结构的金属线（这些金属线包括滤波框9的每一条框边、接地导线10和电极导线6）的宽度w=3μm。

参照图1和图2，本发明的实施例1的基于铁电薄膜的太赫兹调制器11的制作方法包括步骤：

S1、采用脉冲激光沉积的方法，在高阻硅基片1上制备一层钇钡铜氧薄膜（未示出）作为媒介薄膜，利用光刻技术刻蚀出用于制备钛酸锶钡薄膜单元2的阵列排布的多个窗口（未示出），其中，每个窗口面积可以在30～50mm²之间，本实施例每个窗口的面积优选为(6×6)mm²。

S2、采用脉冲激光沉积的方法，在带有阵列排布的多个窗口的高阻硅基片1和钇钡铜氧薄膜上沉积钛酸锶钡薄膜。

S3、采用剥离法溶解钇钡铜氧薄膜并去除不需要的钛酸锶钡薄膜（即未在窗口中的钛酸锶钡薄膜），形成图1所示的阵列排布的钛酸锶钡薄膜单元2。

S4、采用光刻胶做掩膜并利用电子束蒸发技术，在高阻硅基片1和多个钛酸锶钡薄膜单元2上沉积金薄膜。

S5、采用剥离法溶解光刻胶并去除不需要的金薄膜（即未用于形成太赫兹滤波结构的金薄膜），形成图1所示的太赫兹滤波结构。

另外，由上述的步骤S5可以看出，本实施例的太赫兹滤波结构是由金薄膜一体形成的，但本发明并不限于此，例如可利用金分别形成太赫兹滤波结构中的调制电压电极3、滤波框9、接地端4、接地导线10和电极导线6，只需在制作过程中将它们耦接在一起即可。另外，在本发明中，用于形成太赫兹滤波结构的金属并不以金为限，例如也可为银、铝等其他金属。

下面将对本发明的实施例1的基于铁电薄膜的太赫兹调制器11的测试进行说明。图3是本发明的实施例1的基于铁电薄膜的太赫兹调制器的测试示意图。

参照图3，将本发明的实施例1的太赫兹调制器11固定并置于太赫兹光源5和太赫兹探测器8之间，其中，调控调制器信号由信号源7输出，通过同轴线施加到太赫兹滤波结构上以调控铁电薄膜的介电常数，太赫兹探测器8可灵敏地探测到太赫兹调制器11在工作频率f_r下的太赫兹波信号的变化。

由于实际中铁电薄膜材料的介电常数调谐率在5%～50%之间，因此，在本实施例中，假设钛酸锶钡薄膜的介电常数调谐率τ=[ε_r(V_bias=0V)-ε_r(V_bias=10V)]/ε_r(V_bias=0V)=20%，其中，V_bias为外加的偏置电压，ε_r为钛酸锶钡薄膜的介电常数，则模拟电调控铁电型钛酸锶钡薄膜的介电常数在500～400之间变化。具体结果请参照图4。

图4是本发明的实施例1的基于铁电薄膜的太赫兹调制器的模拟结果曲线图。

具体而言，具体而言，图4所示是施加不同偏置电压Vbias调制太赫兹调制器11中的钛酸锶钡薄膜的介电常数时太赫兹波通过本实施例的太赫兹调制器11的透射率。由图4可以看到，当偏置电压V_bias=0、太赫兹调制器11的工作频率f_r约为0.85THz时，太赫兹波通过太赫兹调制器11的透射率最小，其约为0.2；当通过平面插指电极（未示出）施加一偏置电压V_bias=10V时，太赫兹调制器11中的钛酸锶钡薄膜的介电常数降低，使太赫兹调制器11工作频率f_r从约0.85THz变化到约0.89THz，并使得太赫兹波通过太赫兹调制器11的透射率在工作频率约为0.85THz时约为0.41；这样在太赫兹调制器11的工作频率f_r约为0.85THz时，引起了太赫兹波通过太赫兹调制器11的透射率的改变，相应地，太赫兹调制器11的调制深度（相对透射率的改变）δ=(0.41-0.2)×100%=21%。

另外，结合钛酸锶钡薄膜的介电常数以及平面插指电极尺寸结构，本实施例的太赫兹调制器11中的钛酸锶钡薄膜单元的电容C约为2.5pF，估算本实施例的太赫兹调制器11中的构成太赫兹滤波结构的金线的电阻R约为100Ω，则本实施例的太赫兹调制器11的调制速度约为f_M=(2πRC)^-1=100MHz。因此，施加频率为20MHz、电压幅值为10V的方波信号于平面插指电极上以调制本实施例的太赫兹调制器11中的钛酸锶钡薄膜单元的介电常数，可使得本实施例的太赫兹调制器11的调制速度达到20MHz。

实施例2

在实施例2的描述中，与实施例1相同的内容在此不再赘述，只描述与实施例1的不同之处。

参照图5，实施例2与实施例1的不同之处是：实施例2的太赫兹调制器12包括高阻硅基片1（即介质基板）、阵列排布在高阻硅基片1表面上的多个钛酸锶钡薄膜单元2（即铁电薄膜单元）以及太赫兹滤波结构。其中，实施例2的太赫兹调制器12中的太赫兹滤波结构的优选尺寸具体为：每个滤波框121的长度L1=10μm，且每个滤波框121的宽度H1=10μm（换句话说，优选的滤波框121呈正方形，但本发明并不限于此）；每行滤波框121中的两个相邻滤波框121之间的距离a1=30μm，即每行滤波框121中的两个相邻滤波框121的中心之间的距离为a1+L1=40μm；每条电极导线122与其相邻的接地导线123之间的距离b1=20μm；相邻的两条接地导线123之间的距离c1=20μm；而形成太赫兹滤波结构的金属线（这些金属线包括滤波框121的每一条框边、接地导线123和电极导线122）的宽度w1=2μm。此外，在本实施例中，设计太赫兹滤波结构的工作频率范围为1.0～1.15THz，但本发明并不限于此。

下面将对本发明的实施例2的基于铁电薄膜的太赫兹调制器12的测试进行说明。图6是本发明的实施例2的基于铁电薄膜的太赫兹调制器的测试示意图。

参照图6，将本发明的实施例2的太赫兹调制器12固定并置于太赫兹光源5和太赫兹探测器8之间，其中，调控调制器信号由信号源7输出，通过同轴线施加到太赫兹滤波结构上以调控铁电薄膜的介电常数，太赫兹探测器8可灵敏地探测到太赫兹调制器12在工作频率f_r下的太赫兹波信号的变化。

由于实际中铁电薄膜材料的介电常数调谐率在5%～50%之间，因此，在本实施例中，假设钛酸锶钡薄膜的介电常数调谐率τ=[ε_r(V_bias=0V)-ε_r(V_bias=10V)]/ε_r(V_bias=0V)=20%，其中，V_bias为外加的偏置电压，ε_r为钛酸锶钡薄膜的介电常数，则模拟电调控铁电型钛酸锶钡薄膜的介电常数在500～400之间变化。具体测试结果请参照图7。

图7是本发明的实施例2的基于铁电薄膜的太赫兹调制器的模拟结果曲线图。

具体而言，图7所示是施加不同偏置电压V_bias调制太赫兹调制器12中的钛酸锶钡薄膜的介电常数时太赫兹波通过本实施例的太赫兹调制器12的透射率。由图7可以看到，当偏置电压V_bias=0、太赫兹调制器12的工作频率f_r约为1.05THz时，太赫兹波通过太赫兹调制器12的透射率其约为0.32；当通过平面插指电极（未示出）施加一偏置电压V_bias=10V时，太赫兹调制器12中的钛酸锶钡薄膜的介电常数降低，使太赫兹调制器12工作频率f_r从约1.05THz变化到约1.09THz，并使得太赫兹波通过太赫兹调制器12的透射率在工作频率f_r约为1.05THz时约为0.47，相应地，太赫兹调制器11的调制深度（相对透射率的改变）δ=(0.47-0.32)×100%=15%。

实施例3

在实施例3的描述中，与实施例1相同的内容在此不再赘述，只描述与实施例1的不同之处。

参照图8，实施例3与实施例1的不同之处是：实施例3的太赫兹调制器13包括高阻硅基片1（即介质基板）、阵列排布在高阻硅基片1表面上的多个钛酸锶钡薄膜单元2（即铁电薄膜单元）以及太赫兹滤波结构。其中，实施例3的太赫兹调制器13中的太赫兹滤波结构的优选尺寸具体为：每个滤波框131的长度L2=30μm，且每个滤波框131的宽度H2=30μm（换句话说，优选的滤波框131呈正方形，但本发明并不限于此）；每行滤波框131中的两个相邻滤波框131之间的距离a2=70μm，即每行滤波框131中的两个相邻滤波框131的中心之间的距离为a2+L2=100μm；每条电极导线132与其相邻的接地导线133之间的距离b2=50μm；相邻的两条接地导线133之间的距离c2=50μm；而形成太赫兹滤波结构的金属线（这些金属线包括滤波框131的每一条框边、接地导线133和电极导线132）的宽度w2=4μm。此外，在本实施例中，设计太赫兹滤波结构的工作频率范围为0.55～0.65THz，但本发明并不限于此。

下面将对本发明的实施例3的基于铁电薄膜的太赫兹调制器13的测试进行说明。图9是本发明的实施例3的基于铁电薄膜的太赫兹调制器的测试示意图。

参照图9，将本发明的实施例3的太赫兹调制器13固定并置于太赫兹光源5和太赫兹探测器8之间，其中，调控调制器信号由信号源7输出，通过同轴线施加到太赫兹滤波结构上以调控铁电薄膜的介电常数，太赫兹探测器8可灵敏地探测到太赫兹调制器13在工作频率f_r下的太赫兹波信号的变化。

由于实际中铁电薄膜材料的介电常数调谐率在5%～50%之间，因此，在本实施例中，假设钛酸锶钡薄膜的介电常数调谐率τ=[ε_r(V_bias=0V)-ε_r(V_bias=10V)]/ε_r(V_bias=0V)=20%，其中，V_bias为外加的偏置电压，ε_r为钛酸锶钡薄膜的介电常数，则模拟电调控铁电型钛酸锶钡薄膜的介电常数在500～400之间变化。具体测试结果请参照图10。

图10是本发明的实施例3的基于铁电薄膜的太赫兹调制器的模拟结果曲线图。

具体而言，图10所示是施加不同偏置电压V_bias调制太赫兹调制器13中的钛酸锶钡薄膜的介电常数时太赫兹波通过本实施例的太赫兹调制器11的透射率。由图10可以看到，当偏置电压V_bias=0、太赫兹调制器13的工作频率f_r约为0.59THz时，太赫兹波通过太赫兹调制器13的透射率最小，其约为0.17；当通过平面插指电极（未示出）施加一偏置电压V_bias=10V时，太赫兹调制器13中的钛酸锶钡薄膜的介电常数降低，使得太赫兹调制器13的工作频率f_r从约为0.59THz变化到0.61THz，并使得太赫兹波通过太赫兹调制器13的透射率在工作频率f_r约为0.59THz时约为为0.24，相应地，太赫兹调制器11的调制深度（相对透射率的改变）δ=(0.24-0.17)×100%=7%。

综上所述，根据本发明的实施例的基于铁电薄膜的太赫兹调制器及其制作方法，充分结合了铁电薄膜的介电常数可高速调制和高Q因子的太赫兹滤波结构的优点，在太赫兹滤波结构工作频率下对太赫兹波的幅值进行高速电调制，具有调制速度高和调制深度大等特点，可以弥补现有高速太赫兹调制器性能的不足。并且，该太赫兹调制器装置操作简单，成本较低，易于集成，在太赫兹通讯和成像等应用方面具有较大的科学研究价值和市场前景。

尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims

1.一种基于铁电薄膜的太赫兹调制器，其特征在于，所述太赫兹调制器包括：

介质基板，其对太赫兹波具有较高的透过率；

多个铁电薄膜单元，阵列排布在所述介质基板上；

太赫兹滤波结构，设置在所述介质基板和所述多个铁电薄膜单元上，并且所述太赫兹滤波结构对太赫兹波具有带通滤波效应；

所述太赫兹滤波结构包括：

调制电压电极，制备在所述介质基板上并用于接收不同的调制电压；

多个滤波框，阵列排布在所述介质基板上，其中，每个滤波框的第一框边设置在与其对应的所述铁电薄膜单元上，并且所述多个滤波框对太赫兹波进行带通滤波；

接地端，制备在所述介质基板上并用于电性接地；

多条接地导线，平行设置在所述介质基板上，其中，每条接地导线耦接到所述接地端以及至少一行滤波框的与第一框边相对的第二框边；

多条电极导线，平行设置在所述介质基板上，其中，每条电极导线位于两行滤波框的第一框边之间，并且每条电极导线耦接所述调制电压电极且每条电极导线通过所述铁电薄膜单元连接到所述两行滤波框的第一框边上。

2.根据权利要求1所述的太赫兹调制器，其特征在于，所述滤波框呈矩形。

3.根据权利要求1或2所述的太赫兹调制器，其特征在于，所述滤波框的长度和宽度均为10～30μm，且所述滤波框的每一条框边的宽度为2～4μm。

4.根据权利要求3所述的太赫兹调制器，其特征在于，每行滤波框中的两个相邻滤波框的中心之间的距离为40～100μm。

5.根据权利要求1所述的太赫兹调制器，其特征在于，所述电极导线与其相邻的所述接地导线之间的距离为20～50μm。

6.根据权利要求1所述的太赫兹调制器，其特征在于，两条相邻的所述接地导线之间的距离为20～50μm。

7.根据权利要求1或5所述的太赫兹调制器，其特征在于，所述电极导线的线宽为2～4μm。

8.根据权利要求1或5或6所述的太赫兹调制器，其特征在于，所述接地导线的线宽为2～4μm。

9.一种权利要求1至8任一项所述的太赫兹调制器的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括步骤：

A、在介质基板上形成媒介薄膜并用湿法刻蚀出用于制备多个铁电薄膜单元的阵列排布的多个窗口；

B、在具有所述多个窗口的所述介质基板和所述媒介薄膜上沉积铁电薄膜；

C、去除掉所述媒介薄膜以及不需要的铁电薄膜，进而在所述窗口中形成所述铁电薄膜单元；

D、在所述介质基板和所述铁电薄膜单元上沉积用于形成太赫兹滤波结构的金属薄膜；

E、采用剥离法去除掉不需要的金属薄膜，进而形成太赫兹滤波结构。