專利名稱：基于量子限制斯塔克效應(yīng)的量子點光學(xué)調(diào)制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提出一種薄膜結(jié)構(gòu)的光調(diào)制器的設(shè)計方案，特別涉及利用量子點的量 子限制斯塔克效應(yīng)來實現(xiàn)對光的強(qiáng)度的調(diào)制作用，可以用作為光開關(guān)和可控濾色 片，可以應(yīng)用在光通信領(lǐng)域，以及信號處理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
當(dāng)外電場作用于半導(dǎo)體量子結(jié)構(gòu)材料時，它表現(xiàn)出一種電吸收性質(zhì)，即吸收 邊的波長及其寬度隨著外加電場變化。這個機(jī)制被稱為量子限制斯塔克效應(yīng)。
當(dāng)外電場平行作用于量子阱材料時，它表現(xiàn)出與體材料相似的電吸收性質(zhì)， 吸收邊移動和加寬表現(xiàn)為Franz-Keldysh效應(yīng)。但是，當(dāng)外電場垂直作用于量子 阱材料時，情形與平行場有很大不同。
量子限制斯塔克效應(yīng)告訴我們，外加電場對半導(dǎo)體中的電子的激發(fā)態(tài)有一定 的影響，所以可以運(yùn)用量子材料的量子限制斯塔克效應(yīng)做出光調(diào)制器和開關(guān)。目 前，利用量子限制斯塔克效應(yīng)的光通信調(diào)制器多數(shù)利用的是量子阱結(jié)構(gòu)的三-五 族半導(dǎo)體。量子限制斯塔克效應(yīng)在鍺的量子阱結(jié)構(gòu)中的作用，已經(jīng)得到了很好的 驗證。
而量子點被叫為"人造原子"，他存在一些原子所具有的光學(xué)特性。其中， 量子點的結(jié)構(gòu)擁有顯著的量子限制斯塔克效應(yīng)，所以我們可以利用量子點結(jié)構(gòu)的 半導(dǎo)體來做量子限制斯塔克效應(yīng)型的光調(diào)制器。CdSe最低激發(fā)態(tài)的斯塔克遷移 非常大，但是由于量子點中普遍存在光電離特性，而且電離出來的電子位置的隨 機(jī)性，所以群體膠體量子點的斯塔克效應(yīng)到目前為止還沒有直接觀察到。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提出了一種基于量子限制斯塔克效應(yīng)的量子點光 學(xué)調(diào)制器，利用了量子點的量子限制斯塔克效應(yīng)，達(dá)到對光的強(qiáng)度的調(diào)制作用，進(jìn)而也可以達(dá)到可控濾波和開關(guān)的作用。
技術(shù)方案本發(fā)明的基于量子限制斯塔克效應(yīng)的量子點光學(xué)是這樣實現(xiàn)的 該光度調(diào)制器由四層薄膜順序覆蓋排列組成；自上至下，第一層為第一ITO的薄 膜，第二層為PVK薄膜，第三層為Si02薄膜，第四層為第二ITO的薄膜，第五 層為玻璃基板。
所述的第一 ITO的薄膜、第二 ITO的薄膜為透明的導(dǎo)電的薄膜，在這兩層薄 膜上分別引入電極，作為了控制信號的輸入端。PVK薄膜為900nm的包含CdSe/ZnS 型量子點的PUK薄膜，其中含有量子點濃度要高而且量子點的大小接近相同。此 層由于包含大量的量子點，所以具有較強(qiáng)的量子限制斯塔克效應(yīng)?？梢钥闯?，量 子點光度調(diào)制器是一種非絕緣性的電容，有微小穩(wěn)定的電流通過。該微小穩(wěn)定的 電流可有效抑制膠體量子點薄膜中光電離所產(chǎn)生的隨機(jī)電場，這iH是本發(fā)明的關(guān) 鍵點。
當(dāng)在兩電極上加上V的電壓時，斯塔克遷移會隨外加電壓的變化而變化，二 次線性方程為
A五二丄a(二)2 2
其中AE材料兩能級的能量的變化，V為外加電壓，d是薄膜層的厚度，a是材 料的極化率。材料的能級產(chǎn)生變化時，就會對光的吸收率產(chǎn)生一定變化。可以看 出通過電極兩端電壓的改變，我們可以得到一定波長的光波在量子點材料中吸收 率的變化。第(4)層為3.5nni的Si02的薄膜，由于Si02是很好非極化材料， 所以很好防止電流的擊穿，并可以達(dá)到穩(wěn)定的電流效果。
該發(fā)明的可調(diào)制功能的實現(xiàn)當(dāng)光信號進(jìn)過量子點光度調(diào)制器時，在第一 ITO 的薄膜和第四層為第二 ITO的薄膜上電極的兩端加上調(diào)制電壓,在薄膜中會產(chǎn)生 一定強(qiáng)度的電場，由于量子點的量子限制斯塔克效應(yīng)使得薄膜材料的對光波的吸 收率產(chǎn)生一定的變化，進(jìn)而達(dá)到對光的強(qiáng)度調(diào)制的作用。
本發(fā)明量子點光度調(diào)制器的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)——吸收效率的變化幅度、調(diào)制速 度，半波全寬分別如下對于吸收率的變化幅度，在從圖(2)中，我們可以看 出吸收率峰值和熒光強(qiáng)度峰的變化幅度，這種變化幅度直接影響到器件的消光 比。其響應(yīng)速度在ns級，調(diào)制的響應(yīng)速度也可以達(dá)到ns級。
有益效果本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比具有以下的優(yōu)點
本發(fā)明的目的是提出一種基于量子限制斯塔克效應(yīng)的量子點光學(xué)調(diào)制器，可以用作為光開關(guān)和可控濾波。本發(fā)明利用量子限制斯塔克效應(yīng)在量子點中的作 用，采用了膜式結(jié)構(gòu)中的微小穩(wěn)定的電流來控制光電離所產(chǎn)生的隨機(jī)電場，繼而 可以通過改變外場電壓來改變光在膜層中的吸收率，對光的強(qiáng)度調(diào)制效果，進(jìn)而 達(dá)到開關(guān)的效果和可控濾波效果。
1. 本發(fā)明所提出的量子點光度調(diào)制器，運(yùn)用了量子點的QCSE電致吸收作用， 其對于625nm的光波最大的吸收效率的變化幅度達(dá)到了 830cm—'。而對傳統(tǒng)上的 QW型的材料做的此器件，在10^/的電場時第一吸收峰只能加寬15%，吸收率 只能降低26%。
2. 本發(fā)明所提出的量子點光度調(diào)制器的調(diào)制速度，在這一方面是量子點材料 的又一大優(yōu)勢，帶間躍遷速度超過ns級，子帶間躍遷可以到ps級。本發(fā)明所提 出的QD-QCSE光度調(diào)制器的消光比比較大， 一般大于18DB。并且此調(diào)制器與輸 入的光信號模式的偏振無關(guān)。
3. 本發(fā)明所提出的量子點光度調(diào)制器，作為半導(dǎo)體材料它的竄擾，可靠性， 耐溫性，能量利用率等方面都很理想。


圖1是本發(fā)明調(diào)制器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是加上0V， 4V， 8V的電壓后的本器件的吸收系數(shù)。
圖3是薄膜中電流和電壓的關(guān)系。
圖4是加上0V， 4V， 8V的電壓后的本器件的熒光強(qiáng)度。
具體實施例方式
該光度調(diào)制器由四層薄膜順序覆蓋排列組成；自上至下，第一層為第一ITO 的薄膜l，第二層為PVK薄膜2，第三層為Si02薄膜4，第四層為第二ITO的薄 膜3，第五層為玻璃基板5。
所述的第一 ITO的薄膜1、第二 ITO的薄膜3為透明的導(dǎo)電的薄膜，在這兩 層薄膜上分別引入電極，作為了控制信號的輸入端。
PVK薄膜2為900nm的包含CdSe/ZnS型量子點的PUK薄膜，其中含有量子 點濃度要高而且量子點的大小接近相同。
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。
本發(fā)明所提出的基于量子限制斯塔克效應(yīng)的量子點光學(xué)調(diào)制器，利用了量子點的量子限制斯塔克效應(yīng)，實現(xiàn)了對光波在量子點材料中的吸收率調(diào)控，進(jìn)而運(yùn) 用此作用效果實現(xiàn)了對光的強(qiáng)度的調(diào)制效果。圖l.為結(jié)構(gòu)示意圖，對于調(diào)制作 用的引入，我們運(yùn)用第一 IT0的薄膜1、第二 IT0的薄膜3的ITO玻璃引入電極。 薄膜4層中含有量子點，所以在電壓產(chǎn)生的電場作用下可以發(fā)生量子限制斯塔克 效應(yīng)，光在材料中吸收率發(fā)生紅移現(xiàn)象。也就是說，我們可以運(yùn)用電壓對光的透 過率進(jìn)行調(diào)控。所以通過改變電極上的電壓，我們可以對透過光的強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)制。 圖(2)可以看出光波的透過率變化。根據(jù)此變化，我們可以得到我們需要的調(diào) 制電壓。
為了實現(xiàn)光開關(guān)的功能，我們可以根據(jù)某種波長的波在不同電壓下的透過 率，加上一定調(diào)制電壓后，會使光的透過率降低，即為光丌關(guān)的丌通狀態(tài)。而在 不加調(diào)制電壓時，即為光開關(guān)的關(guān)閉狀態(tài)。
對于可控濾波器的功能，圖(2)中可以看出不同的光波在薄膜中的透過率 不同，所以對于某些波長的光波，可以達(dá)到濾波的效果。通過調(diào)制電壓的效果， 我們可以使薄膜的透過率產(chǎn)生變化，就會達(dá)到可控濾波的效果。
本發(fā)明的制備方法如下
本發(fā)明的制備方法如下采用電子束蒸發(fā)方法在雙面拋光的石英襯底上鍍
IT0薄膜100 nm,方塊電阻為20歐姆左右，然后再用同樣的方法鍍5 nm SiO.,。 采用旋轉(zhuǎn)涂敷法在Si02襯底上制備厚度900醒的PVK: CdSe/ZnS聚合物介質(zhì)薄 膜。最后用直流濺射的方法蒸鍍100 nm薄膜作為電極。
權(quán)利要求
1.一種基于量子限制斯塔克效應(yīng)的量子點光學(xué)調(diào)制器，其特征在于該光度調(diào)制器由四層薄膜順序覆蓋排列組成；自上至下，第一層為第一ITO的薄膜(1)，第二層為PVK薄膜(2)，第三層為SiO2薄膜(4)，第四層為第二ITO的薄膜(3)，第五層為玻璃基板(5)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于量子限制斯塔克效應(yīng)的量子點光學(xué)調(diào)制器，其特征在于所述的第一 ITO的薄膜(1)、第二ITO的薄膜(3)為透明的導(dǎo)電的薄膜，在這兩層薄膜上分別引入電極，作為了控制信號的輸入端。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于量子限制斯塔克效應(yīng)的量子點光學(xué)調(diào)制器，其特征在于PVK薄膜(2)為900nm的包含CdSe/ZnS型量子點的PUK薄膜，其中含有量子點濃度要高而且量子點的大小接近相同。
全文摘要
基于量子限制斯塔克效應(yīng)的量子點光學(xué)調(diào)制器利用了量子點的量子限制效應(yīng)，該光度調(diào)制器由四層薄膜順序覆蓋排列組成；自上至下，第一層為第一ITO的薄膜(1)，第二層為PVK薄膜(2)，第三層為SiO₂薄膜(4)，第四層為第二ITO的薄膜(3)，第五層為玻璃基板(5)。從而可以通過改變加在薄膜上的電壓而改變光的透過率。由于本發(fā)明提出的光的調(diào)制，開關(guān)和過濾作用，所以本發(fā)明可以用作通信領(lǐng)域的光開關(guān)，光度調(diào)制器和濾波器。
文檔編號G02F1/017GK101639577SQ20091002687
公開日2010年2月3日 申請日期2009年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月27日
發(fā)明者張家雨, 李君勁, 王志兵 申請人:東南大學(xué)