基于III-V化合物半导体的太赫兹特异材料的设计与应用研究

特异材料（metamaterials），又称为"超常材料"或"超材料"，是等效均匀的人工复合结构或材料，具有天然材料所不具备的超常物理性质。它在国防、成像、传感和通讯等多个领域具有广阔的发展前景。目前，太赫兹（Terahertz,THz）频段（0.1-10THz）的特异材料，无论是在基础物理研究方面，还是在功能器件实现方面，都未得到充分的研究和开发。该项目将基于和发展有限元技术（FEM）和时域有限差分方法（FDTD）, 从理论上设计非线性和主动(有源)THz特异材料，研究电磁波与之相互作用的物理过程和新奇的物理效应，包括电响应和磁响应。同时，将新颖电磁特性和半导体电子学相结合，采用先进微加工技术，以III-V化合物半导体为基底，通过设计和优化特异材料的共振结构单元，实现高效、宽带、超快响应的THz特异材料器件原型(开关、调制器等)，对THz辐射进行实时有效的操控。

本项目基于III-V化合物半导体，研究和探索了新型太赫兹特异材料及器件，实现了对太赫兹辐射的有效调控。主要研究成果包括：（1）基于有限元积分法和时域有限差分法，设计和优化了太赫兹特异材料，探讨了太赫兹波与特异材料相互作用的物理机制。（2）制备出高载流子浓度、高迁移率的透明导电氧化物薄膜，与贵重金属的特异材料相比，可有效降低制备成本和吸收损耗，且具有可调性。（3）基于a-InGaZnO 薄膜晶体管(TFT)结构，设计和制备出高效率的太赫兹特异材料主动调制器的原型器件；并通过a-InGaZnO基TFT、GaN基光电器件的电学特性及相关器件工艺研究，提高了调制器的响应速度和工作稳定性。（4）基于非对称手性特异材料结构，实现了太赫兹非对称偏振旋转现象。（5）报道了超薄多层ZnO/MgO纳米结构中的太赫兹辐射现象。