太赫茲技術(shù)是一個(gè)極具吸引力的研究領(lǐng)域,在半導(dǎo)體、醫(yī)療、制造、太空和國(guó)防工業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域都有很大的潛力。太赫茲學(xué)科研究通常涉及到光電子學(xué)、半導(dǎo)體物理學(xué)、材料學(xué)等多個(gè)學(xué)科。在太赫茲技術(shù)的多種應(yīng)用中,太赫茲探測(cè)器是關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。本論文主要研究了幾種基于有潛力的材料體系的太赫茲器件,結(jié)合材料的生長(zhǎng)、理論計(jì)算、器件制造以及光電測(cè)試,研究了基于硒化錫和碲化鈀材料的紅外太赫茲探測(cè)。以材料的表征與研究為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)了不同的光電耦合結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)太赫茲器件的性能的增強(qiáng),并且探索了新型材料的探測(cè)機(jī)理,證明了器件的優(yōu)秀室溫探測(cè)能力。本論文的主要?jiǎng)?chuàng)新與研究如下:1.二維材料硒化錫具有良好的導(dǎo)熱系數(shù)和高的熱電潛力,還具有材料低成本的優(yōu)勢(shì)。在基于硒化錫的探測(cè)器研究中,主要集中在可見(jiàn)光和紅外波段,從未被拓展至太赫茲波段。在這里,我們首先通過(guò)微納加工制備了硒化錫器件并討論其在可見(jiàn)紅外探測(cè)的表現(xiàn),并且實(shí)現(xiàn)了可見(jiàn)紅外的雙波段成像。接下來(lái),我們將硒化錫探測(cè)器的工作范圍拓展到了太赫茲波段,并通過(guò)傾斜蒸鍍金屬的方法將器件溝道縮短至100 nm,通過(guò)理論模擬及實(shí)驗(yàn)證明了器件性能的增強(qiáng)。利用硒化錫的優(yōu)異熱電性質(zhì),結(jié)合光熱電效應(yīng),通過(guò)對(duì)接觸電... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所)上海市

【文章頁(yè)數(shù)】：100 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

電磁波譜中的太赫茲光譜區(qū)

第1章引言3圖1.2太赫茲技術(shù)的應(yīng)用。[1]Figure1.2Theapplicationofterahertztechnology.[1]太赫茲科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的研究在過(guò)去幾十年里呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。盡管過(guò)去科學(xué)家一直在天文學(xué)和分析科學(xué)等領(lǐng)域進(jìn)行研究，然而，最近在光子學(xué)和納米技術(shù)方面的技術(shù)創(chuàng)新使太赫茲研究能夠應(yīng)用于更多的領(lǐng)域。太赫茲源和太赫茲探測(cè)器作為太赫茲系統(tǒng)的主要組成部分，目前在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)掀起了相關(guān)的研究高潮。通常使用的太赫茲源：連續(xù)波（Continuouswave-CW）和脈沖太赫茲輻射。比如，通過(guò)低溫生長(zhǎng)的砷化鎵的光混頻[8]、量子級(jí)聯(lián)激光器[9]以及自由電子激光器[10]產(chǎn)生連續(xù)太赫茲波。另外，可以利用飛秒激光脈沖在半導(dǎo)體中產(chǎn)生超快光電流，從而產(chǎn)生電場(chǎng)載體加速，產(chǎn)生惠斯特脈沖THz波[11]。此外，高頻電子技術(shù)的不斷進(jìn)步也使太赫茲技術(shù)的發(fā)展受益匪淺。目前，最先進(jìn)的半導(dǎo)體和超導(dǎo)體邏輯電路的工作頻率已經(jīng)超過(guò)了100GHz（0.1THz）。與此同時(shí)，最近開(kāi)發(fā)的固態(tài)電子設(shè)備，如共振隧穿二極管和THz單光子探測(cè)器，以及傳統(tǒng)電子設(shè)備，如肖特基勢(shì)壘二極管（SBDs），都在持續(xù)的向THz范圍移動(dòng)。太赫茲科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域最近取得了許多突破，使相關(guān)的研究工作進(jìn)入了中心階段。太赫茲科學(xué)技術(shù)的里程碑包括時(shí)域光譜學(xué)（THz-TDS）的發(fā)展，太赫茲成像，以及利用非線性效應(yīng)產(chǎn)生高功率的太赫茲輻射。在分析各種材料方面，這些太赫茲技術(shù)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)工具的。光子學(xué)引領(lǐng)了許多重要的太赫茲器件的實(shí)現(xiàn)，例

紅外太赫茲器件的光場(chǎng)調(diào)控及探測(cè)機(jī)理研究6成，用于將光柵上的泵浦脈沖點(diǎn)成像到非線性晶體中。為了使激光泵浦垂直進(jìn)入LN晶體，并且使太赫茲脈沖從晶體垂直出射，LN存在一個(gè)楔角等于γ的傾斜角度。圖1.3TPFPLN太赫茲源的工作原理圖（a）和典型設(shè)置圖（b）[14]。Figure1.3Theworkingprinciple(a)andthetypicalsetupofaTPFPLNTHzsource(b)[14].在0.2THz到2THz范圍內(nèi)，LN晶體中的TPFP被證明是一種非常有效的單循環(huán)太赫茲源。光學(xué)整流除了可以應(yīng)用與鐵電晶體外還可以應(yīng)用于半導(dǎo)體及有機(jī)晶體。半導(dǎo)體是光學(xué)整流最早用于THz脈沖產(chǎn)生的晶體之一。然而，從泵浦激光脈沖到太赫茲脈沖的能量轉(zhuǎn)換效率通常只有3×105。一般是由于雙光子吸收和雙光子吸收產(chǎn)生的自由載流子的太赫茲吸收限制了效率。1.2.2等離子體波產(chǎn)生太赫茲源基于飛秒激光誘導(dǎo)在氣體介質(zhì)中形成等離子體，是一種很有前途的太赫茲脈沖的產(chǎn)生方法。等離子體中的三次諧波產(chǎn)生的優(yōu)點(diǎn)是適用的泵浦強(qiáng)度不受損傷閾值的限制，高頻的產(chǎn)生不受聲子共振的限制。利用強(qiáng)度超過(guò)了氣體分子的電離閾值的飛秒激光脈沖在光誘導(dǎo)等離子體中能夠產(chǎn)生強(qiáng)烈的太赫茲脈沖。由Hamster等人第一個(gè)通過(guò)TW120fs光脈沖聚焦在氣體和固體目標(biāo)上實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果上的證明[15]。激光脈沖的有質(zhì)動(dòng)力源于激光強(qiáng)度的梯度，會(huì)導(dǎo)致電子和離子的強(qiáng)烈分離。當(dāng)激光脈沖寬度接近逆等離子體頻率時(shí)，有質(zhì)動(dòng)力的電荷分離發(fā)生共振激發(fā)等離子體波。相應(yīng)產(chǎn)生的等離子體密度


本文編號(hào)：3545893