基于GaN/AlGaN高电子迁移率场效应晶体管的室温太赫兹探测器

本文主要论述一种带平板天线,基于GaN/AlGaN高电子迁移率场效应晶体管的室温太赫兹探测器。太赫兹辐射下,由于天线的作用会在栅下感应出平行沟道和垂直沟道的太赫兹电场,由此在源漏产生强烈依赖于栅压的直流光电流。尽管栅极远离源漏两端,平行沟道和垂直沟道的太赫兹电场依然很强。探测器可以用自混频理论很好的描述。在室温下,探测器的响应度和噪声等效功率分别为100 nW/sqrt（Hz）和 3 mA/W。探测器具有很高的响应速度,在5 KHz的调制下,光电流没有衰减。如果缩少栅极和源漏的距离将进一步提高探测灵敏度。     

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.     

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（英文）

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.     

蝶形天线增强的InP基室温HEMT太赫兹探测器研究

采用分子束外延技术制备了InP基HEMT样片,室温下样片迁移率达10 289 cm2/（Vs）。通过光刻、腐蚀、磁控溅射、点焊等工艺技术制备出了蝶形天线耦合的太赫兹探测器件。器件采用的蝶形天线经HFSS软件仿真优化后,天线S11参数为-40 dB,电压驻波比（VSWR）为1.15,增益可达6 dB,并与二维电子气沟道实现阻抗匹配。在VDI公司0.3 THz肖特基二极管太赫兹源辐照下进行器件测试,测试结果表明,室温下器件噪声等效功率（NEP）为40 nW/Hz1/2,探测响应度46 V/W,器件响应时间优于330 s。     

HEMT太赫兹探测器响应度和NEP的检测与分析

在0.8～1.1 THz内,对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)太赫兹探测器的响应度和噪声等效功率进行了具体测试和分析。在太赫兹波辐射下,HEMT太赫兹探测器源漏端产生能被栅压灵敏调控的直流光电流。该型探测器在300 K和77 K下的电流响应度分别为83 mA/W和4.1 A/W,电压响应度分别为4 kV/W和50 kV/W,噪声等效功率分别达到22 pW/Hz0.5和1 pW/Hz0.5。采用两种较为典型的测量方法,通过对实验结果的比较,确定了影响该类型探测器的响应度和噪声等效功率的主要因素,并提出了增强响应度和降低噪声等效功率的具体措施。     

蝶形天线增强的共振隧穿二极管太赫兹探测器研究

采用分子束外延技术制备了基于共振隧穿二极管的探测器样品。为提高探测响应度,探测器采用蝶形天线增强太赫兹电场强度,并以0.2THz入射频率为参考对天线结构进行设计。测试采用输出功率为20 mW的太赫兹源,室温下在有无太赫兹波辐照时分别进行电流-电压(I-V)测试,峰值电压为1.398V。对比最大电流值之差,计算得到探测器响应度为20mA·W~(-1),噪声等效功率为15nW·Hz~(-0.5),并通过测量探测器对不同角度入射太赫兹波的响应,验证了天线对太赫兹电场的增强作用。     

源漏偏置电压对AlGaN/GaN HEMT太赫兹探测器灵敏度的调控

天线耦合的场效应晶体管(FET)太赫兹自混频探测器通常工作在零源漏偏压下,设置恰当的栅极电压可获得最佳的灵敏度.测试分析了天线耦合AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)太赫兹自混频探测器的源漏偏置电压对太赫兹自混频响应度和噪声的调控作用.研究结果表明,源漏偏置电压在增强响应度的同时也大幅度增强了探测器输出的噪...     

基于超薄钽酸锂晶体材料高响应太赫兹探测器（英文）

太赫兹(Thz)探测器工作在室温条件下极大地促进了太赫兹科学与技术的应用。超薄(10μm)钽酸锂(LiTaO_3)晶片被用作太赫兹探测器敏感元材料。基于钽酸锂晶片太赫兹探测器在2.52 THz激光辐射源照射下,20Hz斩波频率时响应率可达到8.38×10~4V/W,等效噪声功率NEP)可达到1.26×10~(-10)W。这种加工超薄钽酸锂晶片的方法为制备高响应率太赫兹探测器提供了一个可行的方法。     

基于超薄钽酸锂晶体材料高响应太赫兹探测器

太赫兹(Thz)探测器工作在室温条件下极大地促进了太赫兹科学与技术的应用。超薄(10μm)钽酸锂(LiTaO3)晶片被用作太赫兹探测器敏感元材料。基于钽酸锂晶片太赫兹探测器在2.52 THz激光辐射源照射下, 20Hz斩波频率时响应率可达到8.38×104V/W, 等效噪声功率NEP)可达到1.26×10-10W。这种加工超薄钽酸锂晶片的方法为制备高响应率太赫兹探测器提供了一个可行的方法。     

基于光子混频的可调谐连续太赫兹波辐射系统

基于光子混频原理及相干探测技术,利用外腔半导体激光器及一种蝶形交指结构低温砷化镓光电导天线,搭建了一个可调谐连续太赫兹波辐射探测系统。在室温条件下,实现了连续太赫兹波的产生及探测,其连续太赫兹波输出的线宽优于1 MHz。在频率小于0.70THz时,实验获得的系统信噪比均在50dB以上。在频率为0.50THz处,系统信噪比为64dB。另外,还实验研究了辐射太赫兹波电场强度与光电导天线偏置电场的关系,讨论了外腔半导体激光器模式对连续太赫兹波辐射的影响。     

（英）一种基于透镜天线的宽带太赫兹准光检波器

设计了一种能够工作在140~325 GHz频带的宽带准光检波器,由一颗高阻硅透镜和单片集成检波芯片组成.设计并加工出双缝天线,在天线馈电端集成了肖特基二极管,该紧凑结构使其能够接收空间中的太赫兹辐射并转换为基带信号.为增强片上天线的方向性,利用MLFMM算法进行了扩展半球硅透镜的设计和优化,实现了良好的辐射特性.通过测试,天线在220 GHz和324 GHz处的辐射增益分别为26 dB和28 dB.在140~325 GHz,检波器测试得到的响应率可达到1 000~4 000 V/W,对应的等效噪声功率(NEP)估算为0.68~273 pW/Hz.     

基于65 nm标准CMOS工艺的3.0 THz 探测器

基于Dyakonov和Shur等离子体波振荡原理设计并流片制备了一种采用65 nm标准CMOS工艺的3.0THz探测器,探测器包括贴片天线、NMOS场效应晶体管、匹配网络及陷波滤波器。探测器在室温条件下可达到526 V/W的响应率(Rv)和73 pW/Hz1/2的噪声等效功率(NEP)。采用该探测器和步进电机搭建了太赫兹扫描成像系统,获得了太赫兹源出射光斑的远场形状,光斑的半高宽(FWHM)为240μm;并对聚甲醛牙签和树叶进行了扫描成像实验,结果表明CMOS太赫兹探测器在成像领域有潜在的应用前景。     

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.     

利用太赫兹波检测建筑物内钢筋的方法

钢筋参数（位置、直径等）对于已建建筑的安全性具有非常重要的作用。提出了一种利用太赫兹波检测建筑物内钢筋位置和直径的方法，选取太赫兹波作为检测信号，利用太赫兹波对非金属的建筑实体（如水泥、砖、石灰等）有着较强的穿透性以及对金属（钢筋）几乎全反射的特性，实现太赫兹波穿透建筑实体检测钢筋的功能。同时相对于微波而言太赫兹波易于实现极窄的天线波束，从而达到很高的检测精度，相对于磁感应仪而言其不受外界磁场环境的影响。经理论分析与工程实验表明，该方法完全能够满足实际工程应用中的检测要求。     

基于FDTD的太赫兹光导天线三维辐射特性计算方法

光导天线是目前产生和探测太赫兹波最常用的辐射源之一,在太赫兹成像、光谱检测等诸多领域有着广泛的应用前景。本文介绍了基于时域有限差分(FDTD)的太赫兹光导天线三维辐射特性计算方法,在分析光导天线辐射原理的基础上阐述了半导体漂移电流、扩散电流对电场及磁场的作用,并根据实际运用情况对漂移方程、连续性方程进行简化,最终求得电流密度、电场、磁场的迭代方程,给出了光导天线辐射特性计算流程。     

基于铟镓砷材料的新型太赫兹/亚毫米波探测器研究

对一种基于生长在半绝缘InP衬底上InGaAs外延材料的新型太赫兹室温探测器进行研究。首先在HFSS理论计算的基础上对器件天线阻抗、驻波比、辐射方向图等特性参数进行分析。其次,通过光刻、腐蚀、溅射、点焊等工艺制作出对称金属电极天线耦合的太赫兹探测器件。结合自己搭建的0.037 5 THz器件响应测试系统,得到铟镓砷太赫兹探测器件在不同偏置电流和不同调制频率下的器件响应曲线。结果表明器件具有明显的光电信号和快的响应速度。通过利用高莱探测器进行标定,得到器件在0.037 5 THz时的电压灵敏度优于6 V/W,器件噪声等效功率NEP优于1.610-9 W/Hz1/2,器件响应时间优于300 s。     

Terahertz-radiation generation and detection in low-temperature-grown GaAs epitaxial films on GaAs (100) and (111)A substrates

The efficiency of the generation and detection of terahertz radiation in the range up to 3 THz by LT-GaAs films containing equidistant Si doping δ layers and grown by molecular beam epitaxy on GaAs (100) and (111)Ga substrates is studied by terahertz spectroscopy. Microstrip photoconductive antennas are fabricated on the film surface. Terahertz radiation is generated by exposure of the antenna gap to femtosecond optical laser pulses. It is shown that the intensity of terahertz radiation from the photoconductive antenna on LT-GaAs/GaAs (111)Ga is twice as large as the intensity of a similar antenna on LT-GaAs/GaAs(100) and the sensitivity of the antenna on LT-GaAs/GaAs (111)Ga as a terahertz-radiation detector exceeds that of the antenna on LT-GaAs/GaAs(100) by a factor of 1.4.     

采用CMOS太赫兹波探测器的成像系统

太赫兹波成像技术在生物医疗和安全检测等领域具有广阔的应用前景。针对新一代信息技术对便携式太赫兹波成像设备的需求，设计了基于CMOS太赫兹波探测器的成像系统。该系统包括一款CMOS太赫兹波探测器、片外模数转换器（ADC）、FPGA数字信号处理器、二位步进机、四个抛物面镜和太赫兹波辐射源等。CMOS太赫兹波探测器集成了片上贴片天线以及作为检波元件的NMOS晶体管，探测器由180 nm标准CMOS工艺制成。太赫兹波探测器的输出被片外模数转换器（ADC）采集并转换为数字信号，该数字信号被FPGA采集并传输到电脑上成像。所有上述元件均被装备在印刷线路板（PCB）上以减小系统体积。该系统实现了透射式太赫兹波扫描成像而无需斩波-锁相技术，并给出在860 GHz的太赫兹波照射下隐藏在信封内部金属的成像结果。