室温太赫兹探测器一体化模型设计与研究

发布时间：2020-10-20 00:23

　　 太赫兹(Terahertz/THz)波频率位于100GHz~10THz(波长30um~3mm),在电磁波谱中处于微波与红外之间。THz波在电磁波频谱中的特殊位置决定了THz波的一些优越的特性,使其在宽带通信、生物医学、无损检测和信息科学等领域具有广阔的应用前景。近年来,THz技术取得了快速发展并且开始应用到各个领域,THz技术的发展对THz探测器的性能提出较高的要求。为了适应THz技术的发展,因此有必要对室温THz探测器进行研究。本论文就以下几个方面对室温THz探测器进行了研究和分析:(1)高吸收率、宽频、极化不敏感THz吸收器本文采用COMSOL多物理场仿真软件对THz吸收器进行设计和仿真,设计出了满足室温THz探测器要求的具有高吸收率、宽频、极化不敏感特性THz吸收器;THz吸收具有3.7THz带宽、平均吸收率在1.95THz-5.56THz之间超过96.66%和极化不敏感特性的THz吸收器。(2)室温THz探测器光-热-电一体化等效电路模型针对室温THz探测器光-热-电一体化等效电路模型等效问题,首先采用传输线理论解决THz吸收器等效电路模型,再结合bolometer在电学域的全物理行为电学模型,获得室温THz探测器全物理行为一体化等效电路模型。然后采用PSPICE电路仿真软件对等效电路进行研究和仿真,分析了等效热容、热导和探测器热响应、工作频率之间的关系,并验证了等效电路模型的有效性。(3)室温THz探测器多物理场仿真与一体化等效电路模型的验证THz吸收器可以用来提高探测器的吸收效率,但是他们之间也存在复杂的相互影响和耦合机制;本文采用COMSOL软件对室温THz探测器物理模型进行多物理场设计和仿真,分析了桥面、桥腿和吸收器等结构参数对探测器的光学吸收、热响应、形变和应力之间的相互影响关系;室温THz探测器的高灵敏度和快速响应能力要求其整体结构具有低热导和低热容特性,但是采用THz吸收层和折叠桥腿改善探测器的性能时,也需要考虑其对探测器的热-力学特性的影响。基于上述对室温THz探测器设计和分析方法,本文建立了室温THz探测器一体化等效电路模型和物理模型,并采用PSPICE和COMSOL软件对模型进行仿真和验证结果的一致性。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：O441.4
【部分图文】：

图 1-1 THz 波在电磁波谱中的位置着上世纪 80 年代一系列新技术、新材料的迅速发展，特别是超快激，使稳定和宽带的脉冲 THz 源成为一种可用技术，因此 THz 技术得在国内外引起关于 THz 技术的研究热潮。由于 THz 波占据电磁频谱

图 1-2 传统室温 THz 探测器8 年王等人[8]提出在 bolometer 探测器的热敏层上添加一层对 THz层来提高 bolometer 对 THz 的响应率，探测器像元如图 1-2 所示 探测器像元尺寸为 35um×35um，图 1-3 是对应的 THz 探测器反射

1-3 有 Ti 和无 Ti 吸收层的室温 THz 探测器反射率光谱曲aokioda 等人[9]利用 THz 吸收器在 THz 波段能够实lometer 的基础上增加了 THz 吸收器来提高 THz 探测器结构如图 1-4 所示，THz 探测器像元尺寸为
【参考文献】

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本文编号：2847923