基于新型半导体材料的太赫兹探测器研究
发布时间：2021-10-07 07:48
作为人类尚未大规模使用的最后一段电磁频谱资源,太赫兹（THz）波不仅在波与物质相互作用等基础研究领域,还是在安检成像、雷达、通信、天文、大气观测和生物医学等技术领域,均有深刻的研究意义和广泛的应用前景。21世纪以来,随着半导体材料以及电子技术的飞速发展,太赫兹探测技术研究取得了重大的突破。但是目前由于灵敏度以及稳定性等问题,室温检测器技术尚未成熟,太赫兹探测器还没有被广泛应用。高灵敏度以及高稳定性的固态太赫兹检测器技术是太赫兹探测器件研究的重要方向之一。本文主要进行了基于1T-TaS2、1T-TiTe2以及GaAs/AlGaAs等二维半导体材料的高电子迁移率晶体管（HEMT）探测器制备。通过材料选择,对器件结构、尺寸等进行优化提升探测器性能。这类探测器制备工艺比较简单,与硅基半导体兼容,成本较低,探测性能与目前同类器件相比具有很强的竞争力。研究为新型太赫兹探测器开发注入了新的研究内容,提供了新的研究结果。论文具体内容和结果主要包括以下几个方面:1.对响应材料的选择是制备太赫兹器件的核心部分。我们基于典型的半金属材料1T-TiTe2<...
【文章来源】：上海师范大学上海市
【文章页数】：53 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电磁频谱
上海师范大学硕士学位论文第一章绪论3图1-2太赫兹波在安检领域的应用。1.3太赫兹的产生太赫兹源是太赫兹技术的关键所在，也一直是太赫兹研究领域的一个难点。关于太赫兹源的报道也是层出不穷[9-13]。正是缺少高功率的太赫兹源，一直限制着太赫兹技术的发展。目前大部分所使用的太赫兹源是从较低频的微波源通过倍频器放大至太赫兹波段，利用这种方法所产生的太赫兹辐射一般功率较低，严重限制了太赫兹技术的民用化以及商用化。因此，寻找高功率的太赫兹源也是太赫兹领域内非常重要的一个环节。图1-3所示为现有各种太赫兹源的强度和频率的关系，实线表示目前已经开始作为商用的太赫兹源，椭圆表示正在处于研究当中的太赫兹源。主要包含以下三种，第一种是已经发展了很长时间并且较为成熟的太赫兹源，包括返波管、高频量子级联激光器、III-族半导体激光器等。第二种是近期开发的太赫兹量子级联激光器，目前仍在不断的完善当中。第三类采用固态电子倍频器，它们已经在微波、毫米波段得到广泛使用。从图中可以看出，在太赫兹范围(0.1-10THz)内缺乏小型化、便携式、成本低、功率较强的商业化太赫兹光源。除了自由电子激光器有较强的功率输出外，其他太赫兹源的功率还相对较弱。自由电子激光器(FEL)是一种高功率，单色可调的相干太赫兹源，在通常情况下，它的功率通常能够达到千瓦量级。当电子被加速到光速后，经过专门设计的摇摆器使电子被减速，电子损失的能量就可以部分转化成太赫兹波。它的频率在0.1-10THz内连续可调。但由于它结构复杂、造价昂贵等缺陷，目前还没有被广泛使用，全世界仅有少数几个单位拥有自由电子激光器，主要用途为科学研究的装置。除自由电子激光器的功率在10-100W外，其他的太赫兹源功率都相对较弱，仅在毫瓦量级。基
第一章绪论上海师范大学硕士学位论文4是，这样的辐射源造价昂贵，运行成本高，使用机时紧张，很难满足日益增长的科学研究和实际应用的需求。而基于飞秒激光器抽运的桌面式小型化强太赫兹辐射源较易实现并且成本相对较低。基于双色场抽运空气等离子体产生的太赫兹辐射脉冲源是较早实现的一种强太赫兹源，波长为800nm的基频光经偏硼酸钡(BBO)晶体倍频后，基频光与倍频光在空气中共同作用并离化气体分子，从而产生太赫兹辐射脉冲。图1-3各种太赫兹源的强度和频率的关系[14]。通过光学整流来产生太赫兹辐射脉冲也是一种非常传统的产生太赫兹辐射脉冲的方式。第一种是利用飞秒激光振荡器抽运ZnTe或GaP等晶体以产生太赫兹辐射，再通过电光取样的方式获得太赫兹辐射脉冲。第二种是利用有机晶体产生强太赫兹辐射脉冲源。第三种是基于铌酸锂晶体的倾斜波前技术。这三种基于光学整流技术都可以产生较强的太赫兹辐射。目前，基于光学整流产生的高太赫兹辐射的方法中，倾斜波前技术由于其高效率、稳定性好而成为使用最为广泛的产生高功率太赫兹辐射源的手段之一。1.4太赫兹的探测方法及原理1.4.1太赫兹波的光学探测光学检测方法是过去几十年来研究最多的探测方法，太赫兹光学探测方法是
本文编号：3421642
【文章来源】：上海师范大学上海市
【文章页数】：53 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电磁频谱
上海师范大学硕士学位论文第一章绪论3图1-2太赫兹波在安检领域的应用。1.3太赫兹的产生太赫兹源是太赫兹技术的关键所在，也一直是太赫兹研究领域的一个难点。关于太赫兹源的报道也是层出不穷[9-13]。正是缺少高功率的太赫兹源，一直限制着太赫兹技术的发展。目前大部分所使用的太赫兹源是从较低频的微波源通过倍频器放大至太赫兹波段，利用这种方法所产生的太赫兹辐射一般功率较低，严重限制了太赫兹技术的民用化以及商用化。因此，寻找高功率的太赫兹源也是太赫兹领域内非常重要的一个环节。图1-3所示为现有各种太赫兹源的强度和频率的关系，实线表示目前已经开始作为商用的太赫兹源，椭圆表示正在处于研究当中的太赫兹源。主要包含以下三种，第一种是已经发展了很长时间并且较为成熟的太赫兹源，包括返波管、高频量子级联激光器、III-族半导体激光器等。第二种是近期开发的太赫兹量子级联激光器，目前仍在不断的完善当中。第三类采用固态电子倍频器，它们已经在微波、毫米波段得到广泛使用。从图中可以看出，在太赫兹范围(0.1-10THz)内缺乏小型化、便携式、成本低、功率较强的商业化太赫兹光源。除了自由电子激光器有较强的功率输出外，其他太赫兹源的功率还相对较弱。自由电子激光器(FEL)是一种高功率，单色可调的相干太赫兹源，在通常情况下，它的功率通常能够达到千瓦量级。当电子被加速到光速后，经过专门设计的摇摆器使电子被减速，电子损失的能量就可以部分转化成太赫兹波。它的频率在0.1-10THz内连续可调。但由于它结构复杂、造价昂贵等缺陷，目前还没有被广泛使用，全世界仅有少数几个单位拥有自由电子激光器，主要用途为科学研究的装置。除自由电子激光器的功率在10-100W外，其他的太赫兹源功率都相对较弱，仅在毫瓦量级。基
第一章绪论上海师范大学硕士学位论文4是，这样的辐射源造价昂贵，运行成本高，使用机时紧张，很难满足日益增长的科学研究和实际应用的需求。而基于飞秒激光器抽运的桌面式小型化强太赫兹辐射源较易实现并且成本相对较低。基于双色场抽运空气等离子体产生的太赫兹辐射脉冲源是较早实现的一种强太赫兹源，波长为800nm的基频光经偏硼酸钡(BBO)晶体倍频后，基频光与倍频光在空气中共同作用并离化气体分子，从而产生太赫兹辐射脉冲。图1-3各种太赫兹源的强度和频率的关系[14]。通过光学整流来产生太赫兹辐射脉冲也是一种非常传统的产生太赫兹辐射脉冲的方式。第一种是利用飞秒激光振荡器抽运ZnTe或GaP等晶体以产生太赫兹辐射，再通过电光取样的方式获得太赫兹辐射脉冲。第二种是利用有机晶体产生强太赫兹辐射脉冲源。第三种是基于铌酸锂晶体的倾斜波前技术。这三种基于光学整流技术都可以产生较强的太赫兹辐射。目前，基于光学整流产生的高太赫兹辐射的方法中，倾斜波前技术由于其高效率、稳定性好而成为使用最为广泛的产生高功率太赫兹辐射源的手段之一。1.4太赫兹的探测方法及原理1.4.1太赫兹波的光学探测光学检测方法是过去几十年来研究最多的探测方法，太赫兹光学探测方法是
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