二维电子气太赫兹波负阻增强研究：放大器与调制器

发布时间：2020-07-12 02:51

【摘要】：由于太赫兹电磁波独特的特点,使得太赫兹技术在物体成像、宽带移动通信、射电天文、环境监测、医疗诊断等方面具有巨大的科学研究价值和应用价值。高电子迁移率晶体管(HEMT)是一种常用的高频器件。栅极长度为亚微米级的高电子迁移率晶体管中所激发产生的等离子体波恰好落在太赫兹范围。共振隧穿二极管(RTD)是一种常用的高频二端口元件,具有负微分电阻的特性,能够抵消电阻带来的能量损耗。高电子迁移率晶体管和共振隧穿二极管非常适合制造太赫兹器件。本文基于高电子迁移率晶体管以及共振隧穿二极管各自的特性,利用共振隧穿二极管元件抵消等离子体波在沟道传输过程中引起的损耗,从而实现功率增益。文中详细分析了高电子迁移率晶体管中的等离子体波和共振隧穿二极管的工作原理。在此基础上,本文设计了基于III-V半导体的放大器和调制器。放大器为共振隧穿二极管栅的高电子迁移率晶体管(RTD-gaed HEMT)的结构。调制器为光敏共振隧穿二极管栅的高电子迁移率晶体管(ORTD-gaed HEMT)的结构。本文使用ADS软件对所设计的放大器和调制器分别进行了仿真。数值分析表明:(1)放大器实现了在710GHz下超过8dB的功率增益,以及2.175THz下超过5dB的功率增益;(2)光调制器实现了超过95%的调制深度和超过40GHz的带宽。预计该放大器以及光调制器在太赫兹探测、通讯等领域有非常广阔的应用前景。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN386;O441.4
【图文】：

太赫兹波,电磁波谱

太赫兹波会表现出很多区别于其他频率的电磁波的独特性质[6]：1.太赫兹波的光子能量一般在 0.41meV 到 41meV 的范围，能量略高于于 X-射线的能量，在穿过物质是不会发生电离，因此作为生物活体分安全。2.太赫兹波对一般非金属有很好的透射能力，如布料、塑料包装袋、系列物质。3.太赫兹波是电子学波与光子学波所研究范围的重叠区间，可以作为外的研究补充方法。4. 太赫兹波具有很大的瞬时传输速率，可提供高达 1 Gbps 甚至超传输速率，有望弥补微波通信的不足。5. 很多生物大分子或凝聚态物质的转动能级或振动能级与太赫兹波量相当，可以利用太赫兹波光谱分析技术鉴别物质。6.太赫兹波的空间分辨率能力强并且时域信噪比高，适合发展太赫兹术。

安全检查,太赫兹

检查同类别的爆炸性物质在其太赫兹光谱会表现出各自相异太赫兹光谱在安全检测领域是极具价值的。许多化学品都来进行鉴定，能够区分非法药物、爆炸物和良性化合物。的太赫兹波对于纸张、衣物等物质的透射性较好，纸张以以通过太赫兹成像技术暴露出来，图 1-2 给出了在安全检刀子在 THz 检测中被显示出来。同时太赫兹照相机的焦要性。即使没有灯光照明的情况下，太赫兹相机依然能够探测。例如，由具有 Si 光子带隙晶体的 SBD 阵列和大约测方法组成的无源 THz 照相机正准备用于机场安全检查机将提供更多的应用前景，例如使用光谱信息的生物识别危险气体将也会变得更加普遍，如使用太赫兹波在火灾地氧化碳）。太赫兹波可以穿过烟雾甚至混凝土墙体检测物谱在未来的社会是必不可少的。

密度图,密度,等离子体,电子

局部热力学平衡等离子体中的离子的温度、电子差并不是很大，无法达到严格意义上的热力学平衡衡。非热力学平衡等离子体通常处于几百个帕斯卡一种粒子之间发生的碰撞几乎没有能量的损失，并且电子的温度却相对非常低。不同的分类方式，可以通过图表的方式来区分不同类不同等离子体的离子密度跨越非常大，从非常小密度横跨了超过 20 个数量级，温度范围也十分宽广，从的超高温的核聚变。并且等离子体的温度还可以使用方式为 1eV=11600K。对于非热平衡等离子体，虽然是它的电子却拥有非常高的能量。高能量的电子可以变成激发态，从而加快了化学反应的反应速率，另一使得能耗减小，可以有效节约成本，有利于环保。工衡等离子体，电子能量通常在 1-20 eV 之间。

【参考文献】