基于典型二维材料太赫兹与红外探测器件研究

发布时间：2021-09-03 17:39

　　太赫兹光电子学的研究与应用涉及电磁学、半导体物理学、光电子学、材料科学以及微加工技术等多个学科。太赫兹探测器是太赫兹技术应用的关键器件之一。本论文主要研究几种典型的二维材料体系的太赫兹探测器件,通过理论模拟、材料生长、器件制备与测试,实现了基于石墨烯与黑磷等二维材料体系的的太赫兹与红外探测,在材料研究基础上,设计深亚波长光电耦合结构增强太赫兹与红外器件的响应性能,探索室温工作的热电子探测器件,提高器件的光电转换效率。本论文主要的创新点与贡献如下:1.零带隙石墨烯是一种非常独特的光电材料,在很宽的光谱范围内受光激发而产生电子-空穴对,而带内光跃迁更使其光吸收范围扩展至远红外和太赫兹波段。在太赫兹探测领域,我们构建天线增强石墨烯材料的太赫兹探测器件,优化设计对数周期天线太赫兹耦合结构,然后,建立系统而完整的器件制备流程。在探索机理过程中,提出太赫兹波段热电子探测机理;然后从调控石墨烯探测与金属修饰石墨烯探测的两个方面解释热电子探测机理,进一步研究石墨烯系列的太赫兹探测器件。实验结果表明,室温下石墨烯探测器具有良好的太赫兹探测性能,可实现宽频、高速、高灵敏度、高信噪的探测,同时可实现调控石墨... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所)上海市

【文章页数】：108 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

电磁波谱及从可见到射频波段的地球大气衰减

兹无线通信技术有望使单个信道的信息传输容量提升几百倍。与微波通信相比，太赫兹波通信具有通讯带宽大、方向性好、保密性强、安全性高等特点。太赫兹独特的性质决定了太赫兹技术有着广阔的应用前景，如图1.2所示，太赫兹区域具有与基本物理过程相关的光谱特征，如分子的旋转跃迁、有机化合物的大振幅振动、固体的晶格振动、半导体的带内跃迁以及超导体中的能带带隙相关。太赫兹辐射与毗邻区域的无线电波和红外线的辐射相比，在大气分子的旋转谱线中，太赫兹波段带显示了极高的大气不透明性。特别地，水蒸气的吸收是太赫兹在大气中衰减的主要因素，在太赫兹应用方案中，水的吸收是一个非常重要的考虑因素。此外，光谱线形状提供了关于分子碰撞微观机制的关键信息，高分辨率的太赫兹光谱被用来监测地球大气和观察星际介质中的分子。同时，在太赫兹区域的有机分子和生物分子的光谱特征与大振幅振动和分子间相互作用有关

赫兹成像可应用于无损检测，以检查密封包装，同时，在太赫兹地区，水具有很高的吸收率，且金属物体具有高反射性，很容易区分含水物体与金属物体，这种性质区别可以用于安全应用场合。如图1.3所示，太赫兹成像技术用于识别隐藏在包装材料下的武器、爆炸物和非法药物等，所以太赫兹在国家安全、反恐方面的应用有着独特的优势。利用太赫兹可以穿透物质的特性，英国研制太赫兹摄像机且已在机场安全检查方面进行试用；美国国家实验室和田纳西大学合作，开展“穿墙计划”，即利用太赫兹成像技术从外部获得墙内信息。此外，利用太赫兹波谱可以快速、有效的检查和识别毒品，美国已开展用太赫兹谱技术检查邮件包裹等项目，包括太赫兹化学和生物制品的检测。

【参考文献】：
期刊论文
[1]Recent progress of ZnMgO ultraviolet photodetector[J]. 杨佳霖,刘可为,申德振.  Chinese Physics B. 2017(04)
[2]Devices and applications of van der Waals heterostructures[J]. Chao Li,Peng Zhou,David Wei Zhang.  Journal of Semiconductors. 2017(03)



本文编号：3381560