一种具有等离子体阵列电极太赫兹光电导天线制造技术

本发明专利技术公开了一种具有等离子体阵列电极太赫兹光电导天线，沿光电导天线的信号输入方向到信号输出方向依次为电极层、薄膜介质层、半导体衬底层和透镜，其中透镜位于半导体衬底层下表面，薄膜介质层位于半导体衬底层上表面，电极层位于半导体衬底层上表面紧贴薄膜介质层，电极层包括梯形电极阵列和金属纳米球阵列，梯形电极阵列包括左侧梯形电极阵列和右侧梯形电极阵列，左侧梯形电极阵列和右侧梯形电极阵列结构相同且两者呈镜像对称布置，金属纳米球阵列设置于左侧梯形电极阵列和右侧梯形电极阵列之间的衬底内部。本发明专利技术通过调节等离子体阵列电极的电极尺寸和排布来影响所辐射出太赫兹波的强度和带宽。出太赫兹波的强度和带宽。出太赫兹波的强度和带宽。

【技术实现步骤摘要】
一种具有等离子体阵列电极太赫兹光电导天线


[0001]本专利技术属于太赫兹光电导天线
，具体涉及一种具有等离子体阵列电极太赫兹光电导天线。

技术介绍

[0002]太赫兹波通常指的是频率在0.1THz～10THz(波长在3mm～30μm)范围内的电磁辐射。相比其他波段，太赫兹电磁波具有其独特的瞬态性、宽带性、相干性和低能性等特点，使其在物体成像、医疗诊断、环境监测、射电天文、宽带移动通讯、卫星通讯和军用雷达等领域具有重大的科学价值和广阔的应用前景。
[0003]基于以上潜在应用，太赫兹技术成为基础研究和前沿研究的热门科学
发展高速、高灵敏、可室温工作的太赫兹光电导天线探测器件是实现太赫兹技术的重要突破口，提高光与器件耦合能力和光电转化效率是太赫兹探测的关键课题。
[0004]自从太赫兹光电导天线诞生以来，科研人员对天线电极的改进就一直在路上。不同电极形状的光电导天线其辐射功率可以有很大的差别。天线也从最初的偶极子天线发展为H
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型天线、工型天线、领结型天线和对数螺旋天线等更为复杂的天线，无论天线电极如何发展，其目的都是为了提高天线的发射效率以及增强天线的发射功率。

技术实现思路

[0005]本专利技术解决的技术问题是提供了一种具有等离子体阵列电极太赫兹光电导天线，该太赫兹光电导天线通过调节等离子体阵列电极的电极尺寸和排布来影响所辐射出太赫兹波的强度和带宽。
[0006]不同的电极结构是太赫兹光电导天线的重要组成部分之一。电极的几何形状是影响光电导天线辐射效率和辐射功率的主要因素。作为光电导天线的重要结构性因素，常被研究的有传统偶极子天线、线形电极和领结形电极等。本专利技术专利提出了一种将电极沉积在衬底表面的具有等离子体阵列电极方案，通过调节阵列电极的尺寸和排布来影响向外辐射出的太赫兹波的强度和带宽。
[0007]本专利技术专利原理：具有等离子体阵列式电极缩短了阴极和阳极的距离，该手段可以提高电极收集光电导体间隙衬底表层光生载流子的能力。传统电极在电极中心附近产生的载流子在没到达电极前，便在光电导体中复合，使得远离电极部分的光生载流子对电流没有产生贡献，导致其电流峰值的小得多。进入光电导材料的激光使得更多的载流子在电极的间隙处产生，并被迅速捕捉，从而使阵列电极的电流峰值更大。
[0008]本专利技术为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种具有等离子体阵列电极太赫兹光电导天线，其特征在于：沿光电导天线的信号输入方向到信号输出方向依次为电极层、薄膜介质层、半导体衬底层和透镜，其中透镜位于半导体衬底层下表面，薄膜介质层位于半导体衬底层上表面，电极层位于半导体衬底层上表面紧贴薄膜介质层，电极层包括梯形电极阵列和金属纳米球阵列，梯形电极阵列包括左侧梯形电极阵列和右侧梯形电极阵列，左
侧梯形电极阵列和右侧梯形电极阵列结构相同且两者呈镜像对称布置，左侧梯形电极阵列和右侧梯形电极阵列之间具有空隙，金属纳米球阵列设置于左侧梯形电极阵列和右侧梯形电极阵列之间的衬底内部，当泵浦飞秒激光打到所述砷化镓半导体衬底层上时，电极层在偏置电压的作用下，产生光登伯效应向外辐射太赫兹波，太赫兹辐射沿着半球型透镜方向辐射出。
[0009]进一步限定，所述左侧梯形电极阵列和右侧梯形电极阵的材质为铜、金、银、铂、钯、铱或其合金，左侧梯形电极阵列和右侧梯形电极阵列均由多组梯形极片呈阵列排布而成，该多组梯形极片的下底与半导体衬底层的邻近侧边平行，金属纳米球阵列的材质为银，该金属纳米球阵列由多组银纳米球呈三列平行排布而成，每列的银纳米球个数与相邻侧梯形极片的个数一致，且每列的银纳米球与相邻侧梯形极片相对设置。
[0010]进一步限定，所述梯形极片的上底为5～10μm，下底为15～20μm，腰高为40μm，厚度为2～2.5μm。
[0011]进一步限定，所述半导体衬底层的厚度为200～350μm；所述薄膜介质层的厚度为90～105nm；所述电极层的厚度为2～3μm。
[0012]进一步限定，所述半导体衬底层的材质为低温砷化镓(LT
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GaAs)或锑化铟(InSb)。
[0013]进一步限定，所述薄膜介质层的材质为氮化硅(Si3N4)。氮化硅薄膜可用作减反射膜，同时起到表面钝化和体内钝化的作用。通过PECVD制备的Si3N4薄膜是非晶体膜，其结构与短距离的化学键有关。非晶性的减反射膜对于半导体衬底层的影响很大，因为晶粒界面引起光的散射而使透过率下降，而且杂质很容易沿晶粒界面移动以致影响载流子传输。薄膜介质层作为入射激光与半导体衬底材料之间的一个减反射膜(ARC，Anti
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Reflective Coating)，起到增强吸收，减少反射的作用。
[0014]进一步限定，所述透镜选用高阻硅透镜或氧化镁透镜。由于基底和空气的介电常数差别较大，大部分功率会损耗在基底中而导致光电导天线的辐射效率低，方向性差。选用硅透镜或氧化镁透镜可以有效将太赫兹辐射从沉底耦合到透镜从而辐射出去，提高太赫兹辐射的方向性。所述透镜的中心线与衬底的中心线重合，能更利于透镜将电磁波辐射出去，使辐射出的太赫兹波强度更大。
[0015]进一步限定，所述具有等离子体阵列电极太赫兹光电导天线还包括电源和飞秒激光脉冲发射器，所述电源的正负极与所述阵列电极正负极连接，所述电源用于给所述阵列电极提供外加偏置电压，所述飞秒激光脉冲发射器用于提供飞秒脉冲来激励半导体衬底材料中的载流子运动，从而向外提供太赫兹辐射。
[0016]进一步限定，所述电源为直流偏置电源，其中，所述直流偏置电源可以使电路达到预设状态，能为电极提供0
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50V的偏置电压，有利于后续研究影响太赫兹波辐射的因素。
[0017]本专利技术与现有技术相比具有以下优点和有益效果：本专利技术中具有等离子体的阵列电极经过精确设计和仿真模拟，不仅能增强电极对深层载流子的吸收能力，并且能减弱对激光的反射，从而提高天线对入射激光的利用率。具有等离子体阵列电极具有较高的载流子吸收能力和较低的入射激光反射率，从而使采用该电极的光电导天线具有较高的瞬态光电流峰值，对设备精度和工艺水平的要求较低，且易于推广到不同几何形状的其他电极中。通过调节所述具有等离子体电极的沉积深度和阵列电极的尺寸来改变载流子的吸收能力和入射光的反射率，最终影响所辐射出的太赫兹波的强度和信号的响应带宽。
附图说明
[0018]图1为具有等离子体阵列电极太赫兹光电导天线的结构示意图；
[0019]图2为电极及金属纳米球阵列的结构参数示意图；
[0020]图3为具有等离子体阵列电极太赫兹光电导天线中一组等离子体电极的局域增强电场示意图。
[0021]图中：1
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半导体衬底层，2
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薄膜介质层，3
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电极层，4
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透镜。
具体实施方式
[0022]以下通过实施例对本专利技术的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本专利技术上述主题本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有等离子体阵列电极太赫兹光电导天线，其特征在于：沿光电导天线的信号输入方向到信号输出方向依次为电极层、薄膜介质层、半导体衬底层和透镜，其中透镜位于半导体衬底层下表面，薄膜介质层位于半导体衬底层上表面，电极层位于半导体衬底层上表面紧贴薄膜介质层，电极层包括梯形电极阵列和金属纳米球阵列，梯形电极阵列包括左侧梯形电极阵列和右侧梯形电极阵列，左侧梯形电极阵列和右侧梯形电极阵列结构相同且两者呈镜像对称布置，左侧梯形电极阵列和右侧梯形电极阵列之间具有空隙，金属纳米球阵列设置于左侧梯形电极阵列和右侧梯形电极阵列之间的衬底内部，当泵浦飞秒激光打到所述砷化镓半导体衬底层上时，电极层在偏置电压的作用下，产生光登伯效应向外辐射太赫兹波，太赫兹辐射沿着半球型透镜方向辐射出。2.根据权利要求1所述的具有等离子体阵列电极太赫兹光电导天线，其特征在于：所述左侧梯形电极阵列和右侧梯形电极阵的材质为铜、金、银、铂、钯、铱或其合金，左侧梯形电极阵列和右侧梯形电极阵列均由多组梯形极片呈阵列排布而成，该多组梯形极片的下底与半导体衬底层的邻近侧边平行，金属纳米球阵列的材质为银，该金属纳米球阵列由多组银纳米球呈三列平行排布而成，每列的银纳米球个数与相邻侧梯形极片的个数一致，且每列的银纳米球与相邻侧梯形极片相对设置。3.根据权利要求1所述的具有等离子体阵列电极太赫兹光电导天线，其特征在于：所述梯形极片的上底为5~10μm，下...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾光瑞，岳梓巍，苗宇航，
申请(专利权)人：河南师范大学，
类型：发明
国别省市：