基于石墨烯纳米网格的太赫兹探测器关键技术研究

发布时间：2024-02-22 10:55

　　太赫兹技术在国防反恐、环境监测、宽带通信、医疗诊断和射电天文等方面具有重大的科研价值和广阔的应用前景。太赫兹技术应用的发展对太赫兹探测探测器提出了更高的要求。太赫兹直接探测技术响应快、系统简单是现代检测仪器的发展趋势,但现有的太赫兹直接探测器存在结构复杂、低温工作、灵敏度低等问题,成为了制约太赫兹技术发展与应用的瓶颈。研究灵敏度高、响应快速、结构简单、集成度高的室温太赫兹直接探测器是太赫兹探测技术领域主要研究方向之一。针对太赫兹直接探测技术存在的问题,本文提出采用石墨烯纳米网格作为光栅提高入射太赫兹波耦合效率,利用石墨烯纳米结构能隙增强等离激元的激发,从而实现太赫兹波高灵敏探测的新方法。基于扩展的休克尔分子轨道理论,研究了石墨烯纳米网格的电子能隙调控机制及其对等离激元的激发增强作用,研究了石墨烯纳米网格等离激元的太赫兹探测机理,建立了基于石墨烯纳米网格的太赫兹探测器模型;研究了基于石墨烯纳米网格的太赫兹探测器加工关键技术,制作出了探测器原理样品;完成了探测器光电性能测试。搭建了太赫兹成像系统,实现了探测器的成像应用演示。论文的主要工作有:(1)调研并分析了太赫兹直接探测器,特别是石墨烯...

【文章页数】：115 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1.1电磁波谱示意图

1绪论11绪论1.1研究背景太赫兹(THz)是指频率在0.1-10太赫兹(对应波长为3000μm-30μm，光子能量约为0.4meV-40meV)范围内的电磁波，其频率范围介于微波与红外之间。太赫兹在电磁波谱中的位置如图1.1所示。图1.1电磁波谱示意图Fig.1.1Schema....

图1.2不对称双栅结构的HEMT太赫兹探测[32]

缑娲?サ暮?向自由电子振荡波。这种横磁波又称为表面等离激元(SurfacePlasmonPolaritons，SPP)[30,31]。等离子体振荡太赫兹探测的原理是入射的太赫兹电磁波在场效应管导电沟道表面激发出沿着界面传播的横极化表面波，这种等离激元在导电沟道传播过程中引起电荷的....

图1.3二维石墨烯可形成零维的富勒烯、碳纳米管、石墨[46]

1绪论5镓砷(In1-xGaxAs)[37]、Hg1-xCdxTe[38]等半导体材料，另外一种利用半导体子带间电子跃迁原理的典型太赫兹探测器件为太赫兹量子阱探测器(QWP)[39]。量子阱结构一般使用一种窄带材料夹在带隙较宽的半导体材料间，窄带隙材料形成势阱层，另一种宽带隙材料....

图1.4(a)单层和双层石墨烯的光学可视照片,(b)单层石墨烯的透射谱[53](插图为白光透射率

1绪论7250nm处有个吸收峰[53]。重要的是本征石墨烯的电子性能可通过掺杂[54,55]、电场[56,57]、应力结构改变[58]等方式灵活调控，使得石墨烯可以实现从太赫兹到红外一直到紫外的很大范围内的光吸收调制[59-61]。图1.4(a)单层和双层石墨烯的光学可视照片,(....

本文编号：3906674