热电型太赫兹探测器的快速测试方法研究

针对热电型太赫兹探测器测试速度慢的缺陷,本文研究一种热电型太赫兹探测器测试数据的快速处理方法,提高热电型太赫兹探测器的测试效率.首先使用输出功率稳定的太赫兹源测试热电型太赫兹探测器的上升曲线,获得热电型太赫兹探测器的时间常数;其次研究热电型太赫兹探测器上升曲线的函数形式;然后依据热电型太赫兹探测器的时间常数和函数形式,推导热电型太赫兹探测器测试数据的快速计算公式;最后采用逐次累加取平均的方法对热电型太赫兹探测器的快速计算数据进行平滑处理.理论分析和实验结果表明:此方法不仅提高了热电型太赫兹探测器的测试效率,而且降低了测试结果的噪声,有利于太赫兹激光功率的快速测试.     

太赫兹量子阱探测器研究进展

太赫兹量子阱探测器具有皮秒级的响应时间和1 GHz以上的高速调制性能,是太赫兹快速成像和高速无线通信应用领域非常有前景的探测器.文章综述了太赫兹量子阱探测器的探测原理和设计方法、器件主要性能指标和基于该探测器的应用技术研究进展.研究表明,基于太赫兹量子阱探测器的快速成像系统可以获得物体的细节信息,有望用于安全检查和无损...     

太赫兹波探测器的研究进展

太赫兹技术涉及电磁学、半导体物理学、光电子学、材料科学以及微加工技术等多个学科.太赫兹探测器是太赫兹技术应用的关键器件之一.太赫兹电磁波独特的特点,令太赫兹技术在物体成像、射电天文、宽带移动通信、医疗诊断、环境监测等方面具有重大的科学研究价值和广阔的应用前景.文章介绍了太赫兹探测技术的原理及其应用,并在此基础上分析了太赫兹探测器件的最新进展、性能和发展趋势.     

太赫兹功率非相干测试技术研究进展

本文针对太赫兹辐射功率的测试需求,阐述了基于光子学的太赫兹辐射功率测试技术,详述了太赫兹功率测试的应用价值。通过研究太赫兹功率非相干测试技术的国内外发展现状,分析了基于辐射热测量的测试技术、基于热膨胀的测试技术、基于热释电效应的测试技术和基于seebeck效应的测试技术在太赫兹功率测试中的应用,并进行了优缺点对比分析。研究结果可以促进太赫兹功率测试的基础研究、开发研究和产业化的发展,最后展望了太赫兹功率非相干测试技术的发展前景。     

太赫兹功率非相干测试技术研究进展

本文针对太赫兹辐射功率的测试需求,阐述了基于光子学的太赫兹辐射功率测试技术,详述了太赫兹功率测试 的应用价值。通过研究太赫兹功率非相干测试技术的国内外发展现状,分析了基于辐射热测量的测试技术、基于热膨胀 的测试技术、基于热释电效应的测试技术和基于seebeck 效应的测试技术在太赫兹功率测试中的应用,并进行了优缺点对 比分析。研究结果可以促进太赫兹功率测试的基础研究、开发研究和产业化的发展,最后展望了太赫兹功率非相干测试 技术的发展前景。     

基于塞贝克效应的高响应度太赫兹探测器的研究

针对微弱太赫兹激光功率的测试需求,本文研究一种可以提高太赫兹探测器响应度的方法.采用反射式太赫兹时域光谱分析仪测试太赫兹激光吸收材料的吸收率,选择吸收率高的材料作为太赫兹激光的吸收材料;使用直流磁控溅射技术在太赫兹激光吸收材料底部均匀的镀上一层金薄膜;利用具有高导热率和高粘接强度的固化液体硅胶把太赫兹激光吸收材料与热电堆的热端粘接在一起,并把热电堆的冷端与热沉紧密粘贴.理论分析和实验结果表明此方法有效提高了热电堆的热电转换率和吸收材料对太赫兹激光的吸收率,从而使太赫兹探测器的响应度提升了7.9%.因此,本文研制的太赫兹探测器在0.1 THz~10 THz范围内,能够实现微瓦量级太赫兹激光功率的测试.     

基于场效应晶体管的太赫兹探测器中天线设计的一种有效方法

在场效应晶体管太赫兹探测器中,合理的天线设计可以增强晶体管和太赫兹波之间的耦合效率,从而提高太赫兹探测器的响应度.提出一种基于晶体管栅极边缘沟道电场的仿真来设计平面天线的方法.这种方法尤其适用于太赫兹波段晶体管输入阻抗不容易得到的情况.通过流片完成的基于氮化镓高电子迁移率晶体管的太赫兹探测器的响应度测试证实了这种方法的有效性.集成碟形天线和双偶极子天线的太赫兹探测器最大响应度分别在170.7 GHz(1568.4 V/W)和124.3 GHz(1047.2 V/W)频点处测得,这个测试结果接近基于晶体管栅极边缘沟道电场的仿真结果.     

大面元太赫兹热释电探测器

针对太赫兹光束的光斑直径较大和传输途径不同的现状,提出大面元太赫兹热释电探测器和多用途探测器结构研究,用于自由空间和波导传输太赫兹光束功率的测试。首先使用有限元分析软件建立太赫兹热释电探测器模型,开展热电耦合仿真设计;其次使用精密研磨抛光工艺、平面集成电路微纳米加工技术、匀胶与剥离工艺、砂轮划片技术等工艺技术,开展太赫兹热释电探测器研制;最后创新设计装配在探测器结构上的套筒与波导适配器。理论分析和实验结果表明:该方法设计的太赫兹热释电探测器具有噪声等效功率低、重复性高特点,并且解决了自由空间与波导传输太赫兹辐射功率兼容测试问题。     

基于肖特基二极管的太赫兹准光探测器设计方法与成像性能研究

设计了一款太赫兹准光探测器, 该探测器主要由砷化镓肖特基二极管芯片以及高阻硅透镜组成.为了减小所设计芯片的欧姆损耗, 将天线图案生长在了半绝缘砷化镓层上.在335～350GHz频率范围内, 准光探测器的实测电压响应率为1360～1650V/W, 双边带变频损耗为10.6～12.5dB.对应估算的等效噪声功率为1.65～2pW/Hz1/2.基于所设计的准光探测器进行了成像实验, 该实验分别在直接检波和外差探测两种模式间进行, 成像结果表明所设计的太赫兹准光探测器能够满足太赫兹成像方面应用.     

液晶太赫兹光子学研究进展

液晶作为液态和固态之间的中间态,具有液体的流动性和晶体的各向异性,其指向矢灵活可调,从微波到紫外都有广泛应用。近年来液晶光子学在太赫兹波段展现出巨大应用前景,本文综述了基于液晶的太赫兹源、可调太赫兹器件和太赫兹探测器的研究进展,探讨了未来液晶太赫兹光子学的发展趋势,如新型铁电向列相、液晶拓扑在太赫兹领域的应用,多模式、多参量的太赫兹波按需产生、调制与探测等。     

石墨烯纳米带p-i-n结构太赫兹探测器的设计

研究了石墨烯纳米带横向p-i-n结构探测器对太赫兹波的响应特性,基于载流子输运方程和泊松方程,建立了考虑迁移、扩散、生成、复合等载流子运动的太赫兹探测器数学模型。根据该模型,对石墨烯纳米带横向p-i-n结构的太赫兹波响应进行了仿真,获得了反向栅压诱导生成的p-i-n二极管的能带图;进而探讨了纳米带宽度、i区长度及偏置电压对响应电流的影响,分析表明石墨烯纳米带带隙随宽度增大而减小,响应频率减小;i区长度与载流子寿命匹配时响应电流达到峰值;光电流随偏置电压的增大而增大,并趋于饱和。     

场效应晶体管太赫兹探测器在太赫兹成像领域的研究进展(上)

太赫兹(Terahertz, THz)波具有能量低、穿透性强、分辨率高等特性,因而THz成像技术在安全检测、医学诊断、无损探伤等领域具有广阔的应用前景。THz探测器作为THz成像系统的重要组成部分,其性能对成像分辨率、成像速度等有重要影响。由于具备可室温工作、易大面积集成、响应速度快等特性,场效应晶体管(Field Effect Transistor, FET) THz探测器在成像应用中潜力巨大。综述了近年来FET THz探测器在THz成像领域的研究进展(包括成像阵列、材料选择等方面),分析了设计和制造中存在的问题;指出天线和像素间距是限制大规模阵列化的重要因素,并在此基础上对未来的研究方向进行了展望;指出新的材料和结构设计将进一步改善器件性能,从而实现更快速、更清晰的THz成像。     

高灵敏度低噪声太赫兹电光探测器研究

本文选用相同光电响应灵敏度的高性能PIN光电二极管,将探测激光信号转换为电流信号,再通过低噪声电流-电压转换将电流信号转换为电压信号,通过采用具有很强共模信号抑制能力的差分放大器,不仅极大地抑制了太赫兹信号本身携带的噪声,也避免了探测激光强度扰动引起的测量误差.差分最后经过带通滤波器控制工作带宽和进行降噪处理,经由主放大器实现太赫兹信号输出.实验表明,该探测器具有高灵敏度、高信噪比、宽工作带宽等显著特点,完全满足了太赫兹时域光谱系统研究的需要.     

Design and Imaging Application of Room-Temperature Terahertz Detector with Micro-Bolometer Focal Plane Array

Room-temperature terahertz (THz) detectors indicate a great potential in the imaging application because of their real-time, compact bulk, and wide spectral band responding characteristics. THz detectors with different dimensions based on a micro-bridge structure have been designed and fabricated to get optimized micro-bolometer parameters from the test results of membrane deformation. A nanostructured titanium (Ti) thin film absorber is integrated in the micro-bridge structure of the VOx micro-bolometer by a combined process of magnetron sputtering and reactive ion etching (RIE), and its improvement of THz absorption is verified by an optical characteristics mesurement. Continuous-wave THz detection and imaging are demonstrated by using a 2.52 THz far infrared CO2 laser and a 320240 vanadium oxide micro-bolometer focal plane array with an optimized cell structure. With this detecting system, THz imaging of metal concealed in a wiping cloth and an envelope is demonstrated, respectively.     

太赫兹技术的发展现状及应用前景分析

简要介绍了太赫兹辐射源和太赫兹探测器,特别是THz量子级联激光器（QCL）和THz量子阱红外光子探测器（QWIP）的原理、特点及研究现状.分析了太赫兹技术工程应用前景及限制因素.指出作用距离是决定太赫兹技术应用的关键因素之一.如果太赫兹辐射在大气对流层内传输时的衰减问题不能得到有效解决,那么太赫兹技术在地面或海上的应用可能受到严重制约.基于机载或星载平台的太赫兹雷达或通信,则具有诱人的应用前景.     

基于钽酸锂晶片的太赫兹热释电探测器

针对自由空间和波导传输太赫兹辐射功率兼容测试的需求,开展了光敏面直径为10 mm的多功能太赫兹热释电探测器的相关研究。通过有限元分析及热电耦合仿真设计,建立了敏感元件由100 μm 厚的钽酸锂（LiTaO₃）晶片和碳纳米管吸收层组成的太赫兹热释电探测器模型;采用优化的精确减薄抛光和剥离等关键工艺,重点攻克了采用大晶片多阵列方式制作LiTaO₃基太赫兹热释电探测器敏感元件的工艺难题,并完成了太赫兹热释电探测器的研制。在设定条件下,该探测器的响应度为371.8 V/W,噪声等效功率为0.34 nW/Hz^1/2。实验结果表明,设计并制作的太赫兹热释电探测器的集成度高、响应度良好、噪声等效功率低,能够有效解决大光斑太赫兹光束功率测试问题。     

量子阱太赫兹探测材料设计与生长的研究*

子带跃迁的量子阱结构太赫兹探测器具有响应速度快等特点,有广泛的应用前景,越来越受到研究 人员的关注。以量子力学基本原理,量子阱结构材料光吸收的特性,以及光导型探测器暗电流分析为基础,进行了 量子阱厚度、势垒层Al 含量和量子阱掺杂浓度等参数的AlGaAs/ GaAs 量子阱太赫兹探测材料结构设计,按照优化 后的外延参数进行了材料生长,获得了符合设计要求的探测材料。     

正构烷烃随温度变化的太赫兹时域光谱研究

利用太赫兹时域光谱技术研究了温度变化对正构烷烃（C11~C14）状态的影响。通过扫描不同温度下的样品得到了太赫兹时域谱。经数据处理后得到的频域谱、折射率谱、吸收系数谱均能反映正构烷烃状态的变化。温度下降至低于其凝点时,正构烷烃状态由液态变为固态晶体,导致频域谱中的有效频率区间变窄,频域面积减小。温度的降低会导致烷烃分子结晶,折射率增大,吸收系数与频率成线性关系。实验结果表明,太赫兹时域光谱技术可以应用于检测以正构烷烃为代表的非极性烃类物质。     

太赫兹在片S参数测量串扰修正方法研究

为修正太赫兹在片S参数测试时探针间串扰误差,提出了一种包含串扰的新型误差模型,以及基于此误差模型的校准方法.该方法分别对待校准和测试时的串扰误差.基于这一概念,开发了一种新型12项误差模型,将串扰误差视为与被测件(DUT)并联的独立二端口网络.在测量DUT前通过测量一对长度与DUT相同的开路标准实现对串扰误差的表征并移...     

CMOS工艺兼容的热电堆红外探测器

提出了一种CMOS工艺兼容的、并采用XeF2气体干法刻蚀工艺释放的热电堆红外探测器.探测器包括硅基体、框架、热电堆、支撑臂、红外吸收层、刻蚀开口等.作为红外吸收层的氧化硅/氮化硅复合介质膜具有多种形状的腐蚀开口,使用各向同性的干法刻蚀从正面刻蚀衬底释放器件.探测器尺寸为2 mm×2 mm,由20对多晶硅-铝热电偶组成,串联电阻16～18 kΩ.释放后的器件特性响应率13～15 V/W,探测率(1.85～2.15)×107 cmHz1/2/W,时间常数20～25ms.