InP基RTD太赫兹振荡源及其应用研究进展

紧凑和相干的太赫兹源是太赫兹应用的关键组成,共振隧穿二极管(RTD)是目前振荡频率最高的电子学器件,RTD太赫兹振荡源具有结构紧凑、功耗低、室温工作、有一定输出功率、易集成、覆盖频率较宽等优点。InP基RTD太赫兹振荡源在600 GHz左右的频段内输出功率可达百微瓦量级,可见报道的最高振荡频率为1.92 THz,输出功率0.4 μW。RTD振荡源的输出功率可以通过偏置电压进行直接调制,使得其在高容量短距离的太赫兹通信系统中具有很大的优势。目前,InP基RTD太赫兹振荡源成为太赫兹源领域的研究热点。     

固态微波毫米波、太赫兹器件与电路的新进展

固态微波毫米波、太赫兹器件与电路是微电子、纳电子领域的战略制高点之一,SiCMOS技术进入纳米加工时代,GaAs,InP材料的"能带工程"(超晶格、异质结),GaN材料的宽禁带和界面特性以及石墨烯纳米级新材料的创新发展都深刻影响着固态微波毫米波、太赫兹器件与电路的进展。描述了固态微波、毫米波和太赫兹器件与电路当前发展的新亮点,包括纳米加工技术、石墨烯新材料、GaN MMIC功率合成突破3 mm频段百瓦级、三端器件进入太赫兹和两端器件倍频链突破2.7 THz微瓦功率。并重点就当前发展的RF CMOS,SiGe HBT,LDMOS,GaAsPHEMT,GaAs MHEMT,InP HEMT,InP HBT,GaN HEMT,GFET和THz倍频链等10个领域的发展特点、2011年最新发展以及未来发展趋势进行介绍。     

太赫兹波参量振荡器研究进展

基于参量振荡技术的太赫兹波源是得到可调谐太赫兹波的重要器件,它在安全检查、生物传感、医学诊断、半导体器件检测和质量控制等领域具有重要的应用。从非线性晶体材料特性、谐振腔结构、太赫兹波耦合输出方式、频率调谐方式和线宽控制方法等方面总结了国内外太赫兹参量振荡技术的实验与理论研究情况。对级联太赫兹波参量振荡过程在连续、脉冲和超短脉冲运转方式的研究现状进行了回顾。基于太赫兹参量振荡技术研究现状提出其未来的一些研究方向。随着光纤激光器等技术的发展和周期性极化晶体等材料性能的进一步提高,太赫兹参量振荡器将朝着更加高效化、小型化、实用化、易于操作携带的方向发展,并在其应用领域发挥越来越重要的作用。     

InP基三端太赫兹固态电子器件和电路发展

随着微电子技术的飞速发展,半导体器件的截止频率已经进入到太赫兹频段,太赫兹电路的频率特性得到极大发展。以固态器件为基础的太赫兹电路的工作频率进入到THz频段。本文重点介绍InP基双极器件和场效应器件的发展以及在太赫兹电路和系统中的应用。     

利用共振隧穿器件制作太赫兹波源

太赫兹波是振荡频率在100GHz～10THz范围的电磁波,利用共振隧穿器件高频高速的特点,适宜制作此波段的振荡源器件。指出与其他类型的太赫兹源器件相比,共振隧穿型太赫兹波源器件具有体积小、重量轻、便于与控制电路集成以及易于进行调制等特点;此外,还适宜用Si透镜进行功率合成,增大其总发射功率。给出几种重要太赫兹共振隧穿器件的结构、制造工艺和器件性能,作为太赫兹技术领域的研究人员选择太赫兹波源器件的参考。     

化合物半导体器件与电路的研究进展

介绍了GaAs,InP和GaN等几种重要化合物半导体电子器件的特点、应用和发展前景。回顾了GaAs,InP和GaN材料的材料特性及其器件发展历程与现状。分别讨论了GaAs基HEMT由PHEMT渐变为MHEMT结构和性能的变化,GaAs基HBT在不同电路应用中器件的特性,InP基HEMT与HBT的器件结构及工作特性,GaN基HEMT与HBT的器件特性参数。总体而言,化合物半导体器件与电路在高功率和高频电子器件方面发展较快,GaAs,InP和GaN材料所制得的各种器件电路工作在不同的频率波段,其在相关领域发展潜力巨大。     

基于共振隧穿二极管的近程太赫兹通信技术

太赫兹通信技术是实现6G愿景的关键底层技术之一，针对应用场景选择不同技术路线定制收发系统将是其发展趋势。RTD太赫兹收发模块具有室温、高频率、高灵敏度、易集成等特点，成为太赫兹通信技术领域的新星。通过介绍RTD太赫兹源、探测器及通信系统的工作原理和现状，分析了目前面临的效率及灵敏度提升挑战，并从器件和电路层面探讨和展望了可能解决方案和技术方向，为推动RTD太赫兹通信实用化提出思考。     

InP基谐振隧穿二极管的研究

谐振隧穿二极管(RTD)具有高频、低功耗、负阻、双稳态、自锁等优点,在超高速数字电路领域具有非常好的应用前景.加之InP材料固有的优越特性,使得InP基谐振隧穿器件成为目前研究的重点.研究并试制了InP基RTD实验样品,对其直流特性进行了测试分析,器件的最大电流峰谷比(PVCR)达到了17.8.     

InP基共振隧穿二极管太赫兹振荡器的设计与实现

利用InP基共振隧穿二极管（RTD）和加载硅透镜的片上天线设计实现了超过1 THz的振荡器。采用Silvaco软件对RTD模型进行仿真研究,分析了不同发射区掺杂浓度、势垒层厚度、隔离层厚度以及势阱层厚度等对器件直流特性的影响规律。对研制的RTD器件直流特性测试显示：峰值电流密度Jp为359.2 kA/cm²,谷值电流密度Jv为135.8 kA/cm²,峰谷电流比PVCR为2.64,理论计算得到的器件最大射频输出功率和振荡频率（fmax）分别为1.71 mW和1.49 THz。利用透镜封装的形式对采用Bow-tie片上天线和RTD设计的太赫兹振荡器进行封装,测试得到振荡频率超过1 THz,输出功率为2.57μW,直流功耗为8.33 mW,是国内首次报道超过1 THz的振荡器。     

基于RTD 材料结构与参数的RTO 设计与模拟*

首先对THz 波源的共振隧穿二极管(RTD)设计中的关键问题,即从材料与结构出发,对如何提高 RTD 的截止频率和输出功率进行了分析研究,并利用WinGreen 软件,仿真设计出具有高振荡频率和输出功率的 RTD。在此基础上,采用RTD 的共振隧穿理论和缝隙天线的结构模型,利用PSpice 仿真软件构建了包含RTD 材料 与结构参数以及缝隙天线结构参数在内的完整太赫兹振荡器(RTO)的等效电路模型。振荡频率约为1.02THz,输出 功率约为88.2μW,本文工作为今后研究该类器件奠定了基础。     

太赫兹共振隧穿二极管探测器研究进展及应用

太赫兹波独特的性质使其在物理学、生物学、医疗诊断、无损检测、无线通信等领域有着广阔的应用前景。共振隧穿二极管(RTD)是一种基于量子隧穿效应的半导体器件,利用其负微分电阻和直流非线性特性,可以分别实现太赫兹波的产生和探测,近年来获得越来越多的关注。基于RTD的太赫兹探测器具有可室温工作、体积小、易集成、灵敏度高等特点,使其在未来短距离、超高速的太赫兹无线通信及万物互联等场景具备优势。本文将重点介绍太赫兹RTD探测器的研究进展及其应用进展,并对后续技术发展进行展望。     

Terahertz Imaging System for Medical Applications and Related High Efficiency Terahertz Devices

A terahertz (THz) imaging system and high efficient terahertz sources and detectors for medical applications were developed. A fiber laser based compact time domain terahertz tomography system was developed with a high depth resolution of less than 20 μm. Three-dimensional images of porcine skin were obtained including some physical properties such as applied skin creams. The discrimination between healthy human tissue and tumor tissue has been achieved using reflection spectra. To improve the THz imaging system, a ridge waveguide LiNbO₃ based nonlinear terahertz generator was studied to achieve high output power. A ridge waveguide with 5-7 μm width was designed for high efficiency emission from the LiNbO₃ crystal by the electro-optic Cherenkov effect. Terahertz electronic sources and detectors were also realized for future imaging systems. As electronic source devices, resonant tunneling diode (RTD) oscillators with a patch antenna were fabricated using an InGaAs/InAlAs/AlAs triple barrier structure. On the other side, Schottky barrier diode (SBD) detectors with a log-periodic antenna were fabricated by thin-film technology on a Si substrate. Both devices operate above 1 THz at room temperature. This electronic THz device set could provide a future high performance imaging system.     

从光子学角度看太赫兹技术的现状和发展趋势

太赫兹技术是当前极具发展潜力的热点技术。太赫兹源、太赫兹探测器以及太赫兹应用研究是太赫兹技术的三大研究重点。本文分析了太赫兹技术在光谱探测、成像探测和通讯应用方面的需求情况,介绍了现有主要的太赫兹源产生方法和特点,以及太赫兹探测器的分类和常见太赫兹探测器,并以其相邻谱段红外探测器的发展历程以及太赫兹探测器的发展现状为参照,从光子学的角度分析了太赫兹探测器的发展趋势以及可能面临的技术困难。     

太赫兹通信关键技术与发展愿景

6G研究已启动,太赫兹通信技术以其支持超大带宽资源和超高通信速率等技术特点成为未来6G愿景实现的关键候选技术。从太赫兹通信技术特点出发,讨论了太赫兹通信未来可能的应用场景,系统分析了太赫兹通信的关键技术方向、产业发展现状与面临挑战,最后提出了未来太赫兹通信技术的目标愿景与发展建议。     

太赫兹肖特基二极管技术研究进展

太赫兹肖特基二极管是太赫兹应用领域中非常重要的一种器件,它可以实现高频信号的混频和倍频,研制发展太赫兹肖特基二极管对于太赫兹技术有重要意义。本文首先介绍了太赫兹肖特基二极管的种类及性能表征,接着介绍国内外主要研究机构在太赫兹肖特基二极管方面的研制成果和进展,最后总结出研制太赫兹肖特基二极管的关键技术和发展方向。     

低维材料太赫兹探测器研究进展（特邀）

太赫兹技术在无损检测、生物医学、工业检查、环境监测、局域通信和国防安全等领域具有广阔的应用前景。太赫兹系统中太赫兹探测器是其核心器件,其性能决定了太赫兹系统的应用市场,是推动太赫兹技术进一步发展的重要研究方向之一。但是,太赫兹波段较低的光子能量使得实现高速、灵敏的太赫兹探测颇有挑战。随着纳米技术和新材料制备技术的进步,低维材料的高迁移率、宽响应频带等性能为太赫兹探测器提供了新的机遇,低维材料太赫兹探测器得到广泛关注,其主要优势是高灵敏度、宽频带和低噪声,在近年来取得了显著的研究进展。虽然太赫兹探测器已经取得突破性发展,但各类太赫兹探测器仍然存在一些问题。在此背景下,文中从太赫兹探测器的分类出发,简要介绍了测辐射热计、热释电探测器、等离子体共振探测器和热载流子调控探测器的物理机制以及最新研究进展,并展望了未来低维材料太赫兹探测器的发展方向。     

超短强激光大气等离子体细丝中太赫兹辐射现象及其应用

超短强激光在大气中传输形成的等离子体细丝由于能够辐射出太赫兹信号而成为一种新的太赫兹辐射源,这对实现远距离太赫兹的远程传感具有重要的意义,在太赫兹辐射产生技术领域备受关注。详细综述了超短强激光大气等离子体细丝中产生太赫兹辐射现象的研究进展和现状,并着重对等离子体细丝产生太赫兹辐射的形成机理进行了概述和初步探讨,最后对其应用前景进行了展望,进而提出目前尚未解决的问题。     

近太赫兹频段功率源技术发展与应用

太赫兹辐射源是太赫兹技术应用的基础。简要介绍了太赫兹辐射源的类型和发展现状,重点论述了近太赫兹频 段功率器件,主要包括折叠波导行波管、扩展互作用速调管、回旋管、返波器件等。分析了不同应用场景对太赫兹功率 器件的需求,论证相关器件在雷达、预警探测、航天测控等国防装备领域系统的应用。     

基于太赫兹技术的复合材料无损检测研究综述

随着高性能复合材料在航空航天和军事等高新领域的广泛应用,对其质量和性能检查的要求愈加引起重视,如何通过各种方法对复合材料进行无损检测成为近年来研究人员关注的热点和研究方向。太赫兹波量子能量低,对大多数非极性物质透明,因此使用太赫兹技术对复合材料进行无损检测有着独特的应用优势。本文基于太赫兹技术的特点,对太赫兹时域光谱和太赫兹成像技术的无损检测分别进行了详细的论述,并总结了目前复合材料的太赫兹无损检测技术发展趋势,最后对其发展前景进行了展望。