论文摘要
表面等离子激元（Surface plasmon polariton,SPP）作为一种沿着正/负介电常数材料界面传输的特殊电磁模式,往往被用于实现亚波长量级的电磁场限制和操控。然而传统金属SPP面临着两个问题:SPP波动态调控的不易实现,传输损耗与光场局域之间的矛盾。这两者仍然制约着SPP器件的实际应用,在中红外和太赫兹波段,由于金属有着很大的介电常数虚部,传统金属SPP器件无法在相对合理的传输损耗下实现亚波长量级的模场限制。基于金属-氧化物-半导体（Metal-Oxide-Semiconductor,MOS）在半导体中通过形成载流子积累层,可以实现半导体内介电常数从负到正梯度分布,并产生一个介电常数为零的界面。这一结构在约2-20微米的中红外波段不仅可以实现亚波长量级的模场限制,而且可以利用MOS结构对载流子的控制实现对光场的控制。本文分别从电子学和电磁场分析的角度对Ag/HfO2/N-GaAs结构进行了理论研究,其主要研究工作包括:（1）基于泊松方程对Ag/HfO2/N-GaAs结构的一维MOS平板进行了数值仿真,计算了积累工作模式下的电子浓度的分布,并根据Drude-Lorentz模型得到了复介电常数的分布,分析了外加电压、氧化物厚度、掺杂浓度对载流子分布和介电常数分布的影响。（2）对积累工作模式下的一维MOS平板结构进行了模式分析,结果表明该结构可以支持两个模式,分析了这两个模式的形成机理和模场分布特点,研究了这两个模式的色散曲线、传播长度、模式尺寸,以及外加电压、氧化物层厚度和半导体掺杂浓度对模式特性的调控作用。（3）分别设计了半导体脊形和金属条形二维MOS结构并进行了模式分析,解释了二维MOS结构中出现的多侧模现象及其电压依赖性,研究了模式的色散曲线、传播长度和模式尺寸,并与无外加电压的情况进行了比较。
论文目录
文章来源
类型: 硕士论文
作者: 黄义峰
导师: 洪伟
关键词: 金属氧化物半导体,表面等离激元,近零介电常数,局域电磁场
来源: 华中科技大学
年度: 2019
分类: 基础科学
专业: 物理学
单位: 华中科技大学
分类号: O482.5
DOI: 10.27157/d.cnki.ghzku.2019.004374
总页数: 84
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标签：金属氧化物半导体论文; 表面等离激元论文; 近零介电常数论文; 局域电磁场论文;