矩形FET中太赫兹波的传播

发布时间：2020-03-24 21:01

【摘要】：随着半导体技术的快速发展,光子学区域与电子学区域的电磁波已经被广泛的研究,介于这两区域频段之间的太赫兹波发展前景非常广阔,但是光学理论和微波理论都不能精确描述太赫兹波的性质,因此没有特别成熟的技术来支持太赫兹波的产生和检测。Dyakonov和Shur分别于1993年及1996年提出利用栅控二维电子气沟道中等离子体的不稳定、激发和震荡等行为来研究太赫兹波的辐射、探测及太赫兹波的混频。此理论研究为太赫兹波的产生与检测工作奠定了理论基础。现阶段以半导体器件为核心的固态THz器件受到人们青睐,由于其成熟稳定的制作工艺,并且易于集成。所以本论文选择场效应晶体管作为太赫兹信号的固态辐射源和探测器件,基于Dyakonov和Shur的理论,主要研究微器件中量子效应等物理因素对器件宏观表现的影响,进而分析场效应晶体管中的太赫兹辐射与响应,为实验方面的研究提供理论支持,具体工作内容如下:(1)基于量子流体力学的基本理论和基本模型对THz等离子体波的不稳定增益(oscil-lation increment)和振荡频率进行了详细的理论分析和数值模拟。在考虑电子扩散电流密度的情况下,分析在不对称边界条件下量子效应、电子与声子和杂质碰撞的外部摩擦、电子的热运动、电子扩散电流密度、电子交换相互作用对场效应管中电流不稳定性的影响。(2)电子与声子和杂质碰撞的外部摩擦和粘度引起的内部摩擦会阻碍等离子体波的增长,但是粘度对等离子体波不稳定性的具体影响还没有被研究过,所以基于流体力学模型添加了粘度项,具体分析了增加粘度项之后电子扩散电流密度、量子效应、电子交换相互作用、电子与声子和杂质碰撞的外部摩擦对场效应管中等离子体波不稳定性影响。(3)在沟道近似条件下利用流体力学理论建立Dyakonov-Shur模型,描述太赫兹信号在高迁移率场效应管中响应电压随沟道长度的变化关系。研究结果表明响应电压的行为类似于舒布尼科夫-德哈斯(SDH)的量子振荡。在考虑电子热运动和电子扩散电流密度的情况下,通过对Dyakonov-Shur模型偏微分方程求解。得到其一阶解和二阶解响应解析式,利用Matlab仿真得到数值模拟图像,分析了物理意义。
【图文】：

电磁波谱

3mm，在电磁频谱中的位置位于微波与红外波之间，如图1.1所示，在高频段与光学领域的远红外辐射（farinfrared,简称为FIR）重合，在低频方向与电子学领域的毫米波（millimeter wave，简称为MMW）、亚毫米波（submillimeter wave，，简称为SMMW）重合。所以在此以前，科学家们将其统称为“远红外射线”[2]。到目前为止，电磁波谱中大部分波段都得到了广泛研究和应用，太赫兹波处于经典理论向微观量子理论过渡区域，是唯一尚未完全被开发利用的电磁波频段

手枪,成像,模型,太赫兹

药品质量监管是主要的应用，保证药品品质。2、THz成像技术: 太赫兹成像技术与日常见到的成像技术类似，是通过太赫兹射线照射检测物品，然后利用反射得到的信息来进行成像，如图1.2所示为太赫兹手枪模型成像。脉冲成像技术与连续成像技术构成了太赫兹成像的两种主要技术方式，其中脉冲成像技术具备着太赫兹时域光谱技术的特点，而且它还能以通过对物质集团功能成像的方式来对物质内部的折射率分布进行获取，比如，以人类的牙齿为样品，就会很容易地分辨牙齿的正常与龋蛀部分，而不需要用传统X光照射的方法，大大减少了对人体的损害。图1.2 THz手枪模型成像[10]3、THz雷达: THz信号可以对空中很小的目标进行更加精准的检测与定位，其实本质上也是成像的一种（如图1.3为太赫兹坦克模型雷达成像）。通常应用于军事飞行上的隐形技术，主要原理是机身可以对雷达波进行吸收或者是散射，从而使得雷达无法对其进行检测
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN386

【参考文献】