近日，山东大学微电子学院纳电子中心与英国曼彻斯特大学合作，在IGZO肖特基二极管动态调控太赫兹和毫米波波段的超材料方面取得进展。研究成果以“Active terahertz metamaterials electrically modulated by InGaZnO Schottky diodes”和“Multi frequency multi bit amplitude modulation of spoof surface plasmon polaritons by Schottky diode bridged interdigital SRRs”为题在Optical Materials Express和Scientific Reports上相继在线发表。山东大学为该系列论文第一通讯单位，张翼飞副研究员和宋爱民教授为共通讯作者，博士研究生凌昊天为第一作者。

超材料是一种可以增强电磁波和物质相互作用的亚波长人工金属阵列结构，可以对电磁波幅度、频率、相位和极化方向进行操控，能实现电磁诱导透明、完美吸波和电磁隐身等反常物理特性。超材料的光学性质在设计好之后无法改变，通常被叫做被动结构。为了实现超材料对电磁波的主动式调控，动态超材料的概念被提出，在全息成像、增强现实、无线通讯、电子对抗和隐身伪装等领域表现出了巨大的应用前景。太赫兹波和毫米波由于频率高、波长短、带宽大，在后5G/6G通信、透视成像、高分辨雷达等领域有着重要应用。所以，研究太赫兹和毫米波频段的动态超材料有着重要意义。

图1.IGZO肖特基二极管动态调控太赫兹超材料

图2.表面等离激元多频、多比特调控

IGZO是一种光学透明的金属氧化物半导体，具有大面积加工、低成本、高产率、柔性、高均一性和室温生长的优势，在显示屏和柔性电子器件等方面应用广泛。由于电子迁移率有限，IGZO器件的工作频率一般低于6GHz。

纳电子中心团队基于IGZO肖特基二极管提出了一种动态调控太赫兹超材料的方法，在0.39THz频率处实现了14.3%的透射调制深度，如图1所示。其工作频率约为IGZO肖特基二极管开关频率的100倍。该方法为太赫兹动态超材料与几十英寸级别工业薄膜技术的兼容构建了桥梁。此外，该团队基于叉指型开口谐振环和IGZO肖特基二极管又提出了一种人工表面等离激元超材料的多频多比特可编程幅度调制方法，经过实验验证，在毫米波频率成功实现了双频三比特可编程幅度调制，如图2所示。该工作为人工表面等离激元超材料在毫米波和太赫兹频率范围的多频多比特可编程幅度调制提供了新的研究思路。

该系列研究工作得到了国家重点研发计划“量子调控与量子信息”和国家自然科学基金等项目的资助。

原文链接：

https://www.osapublishing.org/ome/fulltext.cfm?uri=ome-11-9-2966&id=457242

https://www.nature.com/articles/s41598-021-98846-4#citeas