Name: Konstruktion, Fertigung und experimentelle Charakterisierung Plasmonic Photoconductive Terahertz-Emitter (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-07-08T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 54 s
Description: Lernen Sie die Herstellung plasmonischer photoleitender Terahertz-Emitter mittels Elektronenstrahllithografie. Diese Methode steigert die Strahlungsleistung um zwei Größenordnungen gegenüber konventionellen Emittern.

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Die Autoren möchten Picometrix für die Bereitstellung der LT-GaAs-Substrat danken und bedanken uns für die finanzielle Unterstützung von Michigan Raum Grants Consortium, DARPA Young Faculty Award von Dr. John Albrecht (contract # N66001-10-1-4027), NSF CAREER verwaltet Auszeichnung verwaltet von Dr. Samir El-Ghazaly (contract # N00014-11-1-0096), ONR Young Investigator Award von Dr. Paul Maki (contract # N00014-12-1-0947) verwaltet, und ARO Young Investigator Award verwaltet von Dr. Dev Palmer (contract # W911NF-12-1-0253).

1. Plasmonic Photoconductive Emitter Fabrication <ol><li> Fabricate plasmonischen Gittern. <ol><li> Reinigen des Halbleiterwafers durch Eintauchen in Aceton (2 min) und Isopropanol (2 min), gefolgt, und Spülen mit deionisiertem Wasser (10 sec). </li><li> Trocknen der Probe mit Stickstoff und erhitzt es auf einer Heizplatte bei 115 ° C für 90 sec, um das restliche Wasser zu entfernen. </li><li> Spin MicroChem 950K PMMA A4 auf der Probe bei 4000 rpm für 45 sec. Pre-Bake das auf einer Heizplatte bei 180 ° C für 3 min zu widerstehen. </li><li> Legen Sie die Probe in einer Elektronenstrahl-Lithographie-Werkzeug (JEOL JBX-6300-FS). Freilegen plasmonischen Gittermuster an einer Basis Dosis rund 650 uC / cm 2, mit einem 100 kV Beschleunigungsspannung. </li><li> Entwickeln PMMA durch Eintauchen der Probe in einer MIBK: IPA 1:3-Gemisch für 90 sek. Sofortige Umsetzen der Probe in einer Lösung von reinem Isopropanol für 60 sek. </li><li> Spülen Sie die Probe mit VE-Wasser für 10 Sekunden und dann trocknen die Probe mit Stickstoff. </li><li> Legen Sie die Probe in ein Plasma Stripper (YES-CV200RFS). Descum die Probe mit 30 W HF-Leistung bei 30 ° C mit einer 100 sccm O 2-Flussrate für 10 sec. </li><li> Entfernen Oberflächenoxids durch Eintauchen in eine HCl: H 2 0 3.10 Mischung für 30 Sekunden. Sofortige Umsetzen der Probe mit einem Kaskadenspüle entionisiertes Wasser 4 min. </li><li> Übertragen der Probe in ein Becherglas mit entionisiertem Wasser auf dem Luftsauerstoff vor Metallabscheidung zu minimieren. </li><li> Nehmen Behälter gegeben, der mit entionisiertem Wasser auf einen Metall-Verdampfer (Denton SJ-20). Entlüften Sie die Kammer und dann zu entfernen, trocknen, und laden Sie die Probe in die Kammer (diese Schritte sollten ohne Unterbrechung folgen, um Oberfläche Oxidbildung auf der Probe zu verhindern). </li><li> Pumpen der Kammer auf einen Druck unter 2x10 -6 Torr. Kaution Ti / Au (50/450 A). </li><li> Entlüften Sie die Kammer und entfernen Sie die Probe. </li><li> Um ein Abheben der abgeschiedenen Metall, legen Sie die Probe auf einem Teflon-Halter in einBecherglas mit Aceton, abdecken und über Nacht einwirken lassen. Entdecken Sie das Becherglas, legen Sie sie in einem Ultraschall-Agitator, und warten, bis alle unerwünschten Metall entfernt (in der Regel 30 Sekunden). </li></ol></li><li> Kaution SiO2 Passivierung. <ol><li> Reinigen Sie die Probe wie in den Schritten 1.1.1 - 1.1.2. </li><li> Legen Sie die Probe in ein Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition-Werkzeug (GSI PECVD). Kaution 1500 A von SiO 2 bei 200 ° C </li></ol></li><li> Öffnen Kontaktvias durch SiO2. <ol><li> Reinigen Sie die Probe wie in den Schritten 1.1.1 - 1.1.2. </li><li> Spin auf HMDS bei 4.000 rpm für 30 sec. Spin auf Megaposit SPR 220 bis 3,0 Fotolack bei 4.000 rpm für 30 sec. Pre-Bake das auf einer Heizplatte widerstehen bei 115 ° C für 90 sec. </li><li> Legen Sie die Probe und Maske Platte in Projektion Lithographie Stepper (GCA autostep 200). Richten Sie die Probe und freizulegen. </li><li> Post-backen der belichteten Fotolack auf einer Heizplatte bei 115 ° C für 90 sec. </li><li> Entwickeln widerstehen in AZ 300 MIF Entwickler für 60 sec. </li><li> Unmittelbar bewegen die Probe einer Kaskadenspüle entionisiertem Wasser für 4 min. Trocknen Sie die Probe mit Stickstoff. </li><li> Legen Sie die Probe in einem reaktiven Ionenätzer (LAM 9400). Etch SiO 2 unter Verwendung eines TCP-HF-Leistung von 500 W, einer Vorspannung HF-Leistung von 100 W, 15 sccm SF6-, 50 sccm C 4 F 8, 50 sccm He, 50 sccm Ar für 80 sek. </li><li> Entfernen der Großteil des Photoresists, indem die Probe in Aceton (5 min) mit Isopropanol (2 min) gefolgt. Spülen in entionisiertem Wasser (10 sec). Mit Stickstoff trocken. </li><li> Entfernen Sie die restliche Fotolack durch das Laden der Probe in ein Plasma Stripper (YES-CV200RFS). Entfernen Sie den Fotolack mit 800 W HF-Leistung bei 30 ° C mit einer 100 sccm O 2-Flussrate für 5 min. </li></ol></li><li> Fabricate Antennen und Biasleitungen. <ol><li> Wiederholen Sie die Schritte 1.3.1 - 1.3.6 auf Musters Antennen und Biasleitungen. </li><li> Wiederholen Sie die Schritte 1.1.8 - 1.1.9 zu Oberflächenoxid entfernen. </li><li> Nehmen Sie das Becherglas mit der Probe unddeionisiertem Wasser auf einen Metall-Verdampfer (Denton SJ-20). </li><li> Entlüften Sie die Kammer und dann schnell zu entfernen, trocknen, und laden Sie die Probe in die Kammer. </li><li> Pumpen der Kammer auf einen Druck unter 2x10 -6 Torr. Kaution Ti / Au (10/4, 000 Å). </li><li> Entlüften Sie die Kammer und entfernen Sie die Probe. </li><li> Wiederholen Sie Schritt 1.1.13 zu Abheben das abgeschiedene Metall. </li></ol></li><li> Packen Sie die Probe. <ol><li> Kleben Sie die Kanten eines 12 mm Durchmesser hyper-Silizium halbkugelförmige Linse zu einem 2-Zoll-Aluminium-Unterlegscheibe mit 8 mm Loch. </li><li> Kleben Sie ein Leiterplatte mit Metall Spuren, um die man sich leicht löten, mit dem Aluminium Unterlegscheibe. </li><li> Montieren Sie die hergestellt plasmonischen photoleitenden Terahertz-Emitter-Prototypen auf dem Silizium-Linse mit dünnen Epoxy. </li><li> Draht-Bindung das Gerät Kontaktflächen zu einer Platine auf dem gleichen Aluminium-Scheibe geklebt. </li><li> Solder Drähte an den Metall-Spuren auf der Leiterplatte. </li><li> Schließen Sie das Gerät Kontaktstellen zu einer parametrischen Analysator (Hewlett-Packard 4155A) unter Verwendung von Drähten gelötet zu den entsprechenden Pads der Leiterplatte für Testzwecke. </li></ol></li></ol> 2. Plasmonic Photoconductive Emitter Charakterisierung <ol><li> Geräte-Ausrichtung. <ol><li> Legen Sie die Unterlegscheibe Aluminium trägt die Plasmonen photoleitenden Terahertz-Emitter Prototypen auf einer Montierung und Rotation fest konzentrieren die optische Pumpe aus einem Ti: Saphir-Laser (MIRA 900D XW V10 OPT 110V) auf der aktiven Fläche von jedem Gerät modengekoppelter. </li><li> Einstellen der Drehung Halterung, so dass das elektrische Feld von der optischen Pumpe ausgerichtet für eine effiziente Anregung Oberflächenplasmonwellen (senkrecht zu den Plasmonen-Gitter) ist. </li><li> Verwenden Sie die parametrische Analysator, um gleichzeitig Vorspannungen an jedes Gerät und messen die induzierte elektrische Strom in jedes Gerät. Bestätigen Sie die optimale optische Ausrichtung der Pumpe und Polarisierung Anpassung durch die Maximierung der Photostrom jedes Prüflings. </li></ol></li><li> Ausgangsleistung Maßnahmensung. <ol><li> Verwenden Sie ein optisches Chopper (Thorlabs MC2000) zur Modulation der optischen Pumpe aus dem modengekoppelter Pumplaser Vorfall auf jedem Gerät. </li><li> Messen der Ausgangsleistung der Plasmonen photoleitfähigen Terahertz-Emitter-Prototypen mit einem pyroelektrischen Detektor (Detector Spectrum, Inc. SPI-A-65 THz). </li><li> Verbinden Sie den Ausgang des pyroelektrischen Detektors ein Lock-in-Verstärker (Stanford Research Systems SR830) mit dem optischen Chopper Referenzfrequenz auf Terahertz-Leistungsdaten bei niedrigem Geräuschpegel erholen. </li></ol></li><li> Radiation spektrale Charakterisierung. <ol><li> Starten mit einem Ti: Saphir modengekoppelten Laser und mit einem Strahlteiler, um den Ausgang des modengekoppelten Lasers in einem Pumpstrahl und ein Meßstrahl aufgeteilt. </li><li> Verwendung einer elektrooptischen Modulator (Thorlabs EO-AM-NR-C2) zum Modulieren des optischen Strahls in der Pumpe Pfad. Konzentrieren der Pumpstrahl auf den aktiven Bereich der photoleitfähigen Emitter zu prüfenden Terahertz-Strahlung zu erzeugen. </li><li> Visierendas erzeugte Terahertzstrahl Verwendung eines ersten Polyethylens sphärische Linse. Fokus des kollimierten Terahertzstrahl Verwendung eines zweiten Polyethylen sphärische Linse. </li><li> Bevor der Schwerpunkt des Terahertzstrahl verbinden den kollimierten Terahertzstrahl mit der Sonde optischen Strahls unter Verwendung eines ITO-beschichtetes Glas-Filter. </li><li> Legen Sie eine 1 mm dicke, &lt;110&gt; ZnTe Kristall montiert auf einer Drehung der Bühne des kombinierten Fokus des optischen und Terahertzstrahl. </li><li> Einfügen eines steuerbaren optischen Verzögerungsleitung in der optischen Sonde Pfad unter Verwendung eines motorisierten Lineartisch (Thorlabs NRT100), um die Zeitverzögerung zwischen der optischen und Terahertzimpulsen Interaktion innerhalb der ZnTe-Kristall variieren. </li><li> Mit einem Halbwellenplatte in der Sonde weg, drehen die Polarisation der optischen Sonde, um in einem 45 ° Winkel relativ zu der Polarisationsrichtung Terahertz sein. </li><li> Verwenden Sie eine Viertel-Wellenplatte nach dem ZnTe Kristall, wandeln die optischen Strahls Polarisation in zirkulare Polarisation. </li><li> Teilen Sie die circularly polarisierten Lichtstrahl in zwei Zweige von einem Wollaston-Prisma. Messen Sie die optische Strahlungsleistung in jedem Zweig mit zwei symmetrischen Detektoren mit einem Lock-in-Verstärker. </li><li> Schließen Sie das motorisierte Delay-Line und Lock-in-Verstärker an einen Computer. Schreiben Sie eine Matlab-Skript, um iterativ bewegen die Position des motorisierten Delay-Line, Pause, und lesen Sie die Signalstärke von der Lock-in-Verstärker. </li><li> Konvertieren der Tischposition in den Zeitbereich durch Dividieren der gesamten optischen Verzögerung Länge durch die Lichtgeschwindigkeit, gefolgt von einer diskreten Fourier-Transformation (Matlab) in den Frequenzbereich zu erhalten. </li></ol></li></ol>

<ol><li>Preu, S., Dohler, G. H., Malzer, S., Wang, L. J., Gossard, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tunable%2C+continuous-wave+terahertz+photomixer+sources+and+applications%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Tunable, continuous-wave terahertz photomixer sources and applications.</a> J. Appl. Phys. 109, 061301(2011).</li>
<li>Bjarnason, J. E., Chan, T. L. J., Lee, A. W. M., Brown, E. R., Driscoll, D. C., Hanson, M., Gossard, A. C., Muller, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((ErAs%3AGaAs+photomixer+with+two-decade+tunability+and+12+%CE%BCW+peak+output+power%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">ErAs:GaAs photomixer with two-decade tunability and 12 μW peak output power.</a> Appl. Phys. Lett. 85, 3983-3985 (2004).</li>
<li>Peytavit, E., Lepilliet, S., Hindle, F., Coinon, C., Akalin, T., Ducournau, G., Mouret, G., Lampin, J. -F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Milliwatt-level+output+power+in+the+sub-terahertz+range+generated+by+photomixing+in+a+GaAs+photoconductor%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Milliwatt-level output power in the sub-terahertz range generated by photomixing in a GaAs photoconductor.</a> Appl. Phys. Lett. 99, 223508(2011).</li>
<li>Upadhya, P. C., Fan, W., Burnett, A., Cunningham, J., Davies, A. G., Linfield, E. H., Lloyd-Hughes, J., Castro-Camus, E., Johnston, M. B., Beere, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Excitation-density-dependent+generation+of+broadband+terahertz+radiation+in+an+asymmetrically+excited+photoconductive+antenna%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Lett%22%5BJournal%5D)">Excitation-density-dependent generation of broadband terahertz radiation in an asymmetrically excited photoconductive antenna.</a> Opt. Lett. 32, 2297-2299 (2007).</li>
<li>Roehle, H., Dietz, R. J. B., Hensel, H. J., Böttcher, J., Künzel, H., Stanze, D., Schell, M., Sartorius, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Next+generation+1.5+%CE%BCm+terahertz+antennas%3A+mesa-structuring+of+InGaAs%2FInAlAs+photoconductive+layers%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Next generation 1.5 μm terahertz antennas: mesa-structuring of InGaAs/InAlAs photoconductive layers.</a> Opt. Express. 18, 2296-2301 (2010).</li>
<li>Taylor, Z. D., Brown, E. R., Bjarnason, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Resonant-optical-cavity+photoconductive+switch+with+0.5+%25+conversion+efficiency+and+1.0W+peak+power%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Lett%22%5BJournal%5D)">Resonant-optical-cavity photoconductive switch with 0.5 % conversion efficiency and 1.0W peak power.</a> Opt. Lett. 31, 1729-1731 (2006).</li>
<li>Park, S. -G., Jin, K. H., Yi, M., Ye, J. C., Ahn, J., Jeong, K. -H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhancement+of+Terahertz+Pulse+Emission+by+Optical+Nanoantenna%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+NANO%22%5BJournal%5D)">Enhancement of Terahertz Pulse Emission by Optical Nanoantenna.</a> ACS NANO. 6, 2026-2031 (2012).</li>
<li>Auston, D. H., Cheung, K. P., Smith, P. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Picosecond+photocoducting+Hertzian+dipoles%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Picosecond photocoducting Hertzian dipoles.</a> Appl. Phys. Lett. 45, 284-286 (1984).</li>
<li>Berry, C. W., Jarrahi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Terahertz+generation+using+plasmonic+photoconductive+gratings%5BTitle%5D)+AND+%22New+Journal+of+Physics+Focus+Issue+on+Terahertz+Plasmonics%22%5BJournal%5D)">Terahertz generation using plasmonic photoconductive gratings.</a> New Journal of Physics Focus Issue on Terahertz Plasmonics. 14, 105029(2012).</li>
<li>Berry, C. W., Hashemi, M. R., Unlu, M., Jarrahi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Significant+Radiation+Enhancement+in+Photoconductive+Terahertz+Emitters+by+Incorporating+Plasmonic+Contact+Electrodes%5BTitle%5D)+AND+%22arXiv%22%5BJournal%5D)">Significant Radiation Enhancement in Photoconductive Terahertz Emitters by Incorporating Plasmonic Contact Electrodes.</a> arXiv. , 1209.1680v1(2012).</li>
<li>Berry, C. W., Jarrahi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrafast+Photoconductors+based+on+Plasmonic+Gratings%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Int.+Conf.+Infrared%2C+Millimeter%2C+and+Terahertz+Waves%22%5BJournal%5D)">Ultrafast Photoconductors based on Plasmonic Gratings.</a> Proc. Int. Conf. Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves. , 1-2 (2011).</li>
<li>Berry, C. W., Jarrahi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasmonically-enhanced+localization+of+light+into+photoconductive+antennas%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Conf.+Lasers+and+Electro-Optics%22%5BJournal%5D)">Plasmonically-enhanced localization of light into photoconductive antennas.</a> Proc. Conf. Lasers and Electro-Optics. , CFI2(2010).</li>
<li>Berry, C. W., Jarrahi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Principles+of+impedance+matching+in+photoconductive+antennas%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Infrared%2C+Millimeter+and+Terahertz%22%5BJournal%5D)">Principles of impedance matching in photoconductive antennas.</a> Journal of Infrared, Millimeter and Terahertz. , (2012).</li>
<li>Ralph, S. E., Grischkowsky, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Trap-enhanced+electric+fields+in+semi-insulators%3A+The+role+of+electrical+and+optical+carrier+injection%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Trap-enhanced electric fields in semi-insulators: The role of electrical and optical carrier injection.</a> Appl. Phys. Lett. 59, 1972(1991).</li>
<li>Upadhya, P. C., Fan, W., Burnett, A., Cunningham, J., Davies, A. G., Linfield, E. H., Lloyd-Hughes, J., Castro-Camus, E., Johnston, M. B., Beere, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Excitation-density-dependent+generation+of+broadband+terahertz+radiation+in+an+asymmetrically+excited+photoconductive+antenna%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Lett%22%5BJournal%5D)">Excitation-density-dependent generation of broadband terahertz radiation in an asymmetrically excited photoconductive antenna.</a> Opt. Lett. 32, 2297-2299 (2007).</li>
<li>Taylor, Z. D., Brown, E. R., Bjarnason, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Resonant-optical-cavity+photoconductive+switch+with+0.5+%25+conversion+efficiency+and+1.0W+peak+power%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Lett%22%5BJournal%5D)">Resonant-optical-cavity photoconductive switch with 0.5 % conversion efficiency and 1.0W peak power.</a> Opt. Lett. 31, 1729-1731 (2006).</li>
<li>Jarrahi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Terahertz+radiation-band+engineering+through+spatial+beam-shaping%5BTitle%5D)+AND+%22Photonic+Technology+Letters%22%5BJournal%5D)">Terahertz radiation-band engineering through spatial beam-shaping.</a> Photonic Technology Letters. 21, 2019620(2009).</li>
<li>Jarrahi, M., Lee, T. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+power+tunable+terahertz+generation+based+on+photoconductive+antenna+arrays%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+IEEE+International+Microwave+Symposium%22%5BJournal%5D)">High power tunable terahertz generation based on photoconductive antenna arrays.</a> Proc. IEEE International Microwave Symposium. , 391-394 (2008).</li>
<li>Beck, M., Schafer, H., Klatt, G., Demsar, J., Winnerl, S., Helm, M., Dekorsy, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impulsive+terahertz+radiation+with+high+electric+fields+from+an+amplifier-driven+large-area+photoconductive+antenna%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Impulsive terahertz radiation with high electric fields from an amplifier-driven large-area photoconductive antenna.</a> Opt. Express. 18, 9251-9257 (2010).</li>
<li>Hattori, T., Egawa, K., Ookuma, S. I., Itatani, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intense+terahertz+pulses+from+large-aperture+antenna+with+interdigitated+electrodes%5BTitle%5D)+AND+%22Jpn.+J.+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Intense terahertz pulses from large-aperture antenna with interdigitated electrodes.</a> Jpn. J. Appl. Phys. 45, L422-L424 (2006).</li>
<li>Kim, J. H., Polley, A., Ralph, S. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Efficient+photoconductive+terahertz+source+using+line+excitation%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Lett%22%5BJournal%5D)">Efficient photoconductive terahertz source using line excitation.</a> Opt. Lett. 30, 2490-2492 (2005).</li>
<li>Dreyhaupt, A., Winnerl, S., Dekorsy, T., Helm, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-intensity+terahertz+radiation+from+a+microstructured+large-area+photoconductor%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">High-intensity terahertz radiation from a microstructured large-area photoconductor.</a> Appl. Phys. Lett. 86, 121114(2005).</li>
<li>Brown, E. R., Lee, A. W. M., Navi, B. S., Bjarnason, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+a+planar+self-complementary+square-spiral+antenna+in+the+THz+region%5BTitle%5D)+AND+%22Microwave+Opt.+Technol.+Lett%22%5BJournal%5D)">Characterization of a planar self-complementary square-spiral antenna in the THz region.</a> Microwave Opt. Technol. Lett. 48, 524-529 (2006).</li>
<li>Huo, Y., Taylor, G. W., Bansal, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Planar+log-periodic+antennas+on+extended+hemishperical+silicon+lenses+for+millimeter%2Fsubmillimeter+wave+detection+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+Infrared+and+Millimeter+Waves%22%5BJournal%5D)">Planar log-periodic antennas on extended hemishperical silicon lenses for millimeter/submillimeter wave detection applications.</a> Int. J. Infrared and Millimeter Waves. 23, 819(2002).</li>
<li>Heshmat, B., Pahlevaninezhad, H., Pang, Y., Masnadi-Shirazi, M., Lewis, R. B., Tiedje, T., Gordon, R., Darcie, T. E. Nanoplasmonic Terahertz Photoconductive Switch on GaAs. Nano Lett. 12, 6255-6259 (2012).</li>
<li>Berry, C. W., Hashemi, M. R., Unlu, M., Jarrahi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Significant+Performance+Enhancement+in+Photoconductive+Terahertz+Optoelectronics+by+Incorporating+Plasmonic+Contact+Electrodes%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Significant Performance Enhancement in Photoconductive Terahertz Optoelectronics by Incorporating Plasmonic Contact Electrodes.</a> Nature Communications. 4, 1622(2013).</li>
<li>Wang, N., Berry, C. W., Hashemi, M. R., Jarrahi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasmonic+photoconductive+detectors+for+enhanced+terahertz+detection+sensitivity%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Plasmonic photoconductive detectors for enhanced terahertz detection sensitivity.</a> Optics Express. , In Press (2013).</li>
<li>Hsieh, B. -Y., Jarrahi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analysis+of+periodic+metallic+nano-slits+for+efficient+interaction+of+terahertz+and+optical+waves+at+nano-scale+dimensions%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Analysis of periodic metallic nano-slits for efficient interaction of terahertz and optical waves at nano-scale dimensions.</a> J. Appl. Phys. 109, 084326(2011).</li>
<li>Hsieh, B. -Y., Wang, N., Jarrahi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Toward+Ultrafast+Pump-Probe+Measurements+at+the+Nanoscale.+Special+Issue+of+%22Optics+in+2011%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+%26+Photonics+News%22%5BJournal%5D)">Toward Ultrafast Pump-Probe Measurements at the Nanoscale. Special Issue of "Optics in 2011.</a> Optics & Photonics News. 22, (2011).</li>
<li>Hsieh, B. -Y., Jarrahi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simultaneous+focusing+of+terahertz+and+optical+waves+into+nano-scale%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Int.+Conf.+Infrared%2C+Millimeter%2C+and+Terahertz+Waves%22%5BJournal%5D)">Simultaneous focusing of terahertz and optical waves into nano-scale.</a> Proc. Int. Conf. Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves. , 1-2 (2011).</li>
<li>Jackson, A. W., Ibbetson, J. P., Gossard, A. C., Mishra, U. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reduced+thermal+conductivity+in+low-temperature+grown+GaAs%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Reduced thermal conductivity in low-temperature grown GaAs.</a> Appl. Phys. Lett. 74, 2325-2327 (1999).</li>
</ol>

Keine Interessenskonflikte erklärt.

In diesem Video-Artikel präsentieren wir eine neue Generation photoleitenden Terahertz-Technik, die eine plasmonischen Kontakt-Elektroden-Konfiguration verwendet, um die optisch-Terahertz-Wirkungsgrad von zwei Größenordnungen verbessern. Der deutliche Anstieg in der Terahertz-Strahlung Strom aus den vorgestellten plasmonischen photoleitenden Strahler ist sehr wertvoll für zukünftige hochempfindliche Terahertz-Bildgebung, Spektroskopie und Spektrometrie für fortschrittliche chemische Identifizierung verwendet, medizinisc...

Wir präsentieren einen neuartigen Terahertz-Emitter photoleitenden die eine plasmonischen Kontakt-Elektroden-Konfiguration verwendet, um die optisch-Terahertz-Wirkungsgrad von zwei Größenordnungen verbessern. Unsere Technik geht die wichtigsten Beschränkungen herkömmlicher photoleitfähigen Terahertz-Sender, nämlich niedriger Ausgangsleistung und schlechter Wirkungsgrad, die aus der inhärenten Kompromiß zwischen hoher Quanteneffizienz und ultraschnellen Betrieb von herkömmlichen Photoleiter stammen. Eine der wichtigsten Neuerungen in unserem Design, das zu dieser Bockspringen Leistungsverbesserung geführt ist, um einen Kontakt-Elektroden-Konfiguration, die eine große Anzahl von Foto-generierten Ladungsträger in unmittelbarer Nähe zu den Kontakt-Elektroden, sammelt so zu konzipieren, dass sie innerhalb gesammelt werden kann ein Sub- Pikosekunden-Zeitskala. In anderen Worten wird der Kompromiss zwischen Fotoleiter ultraschnelle Bedienung und hohe Quanteneffizienz durch räumliche Manipulation des photo-Gattungen gemildertted Airlines. Plasmonic Kontakt-Elektroden bieten diese einzigartige Fähigkeit von (1) ermöglicht Lichtbegrenzungsschicht in nanoskalige Gerät aktiven Bereiche zwischen den Elektroden plasmonischen (jenseits Beugungsgrenze), (2) Erweiterung außerordentliches Licht an der Metall-Kontakt und Foto-absorbierenden Halbleiter-Grenzfläche 10, 11. Ein weiteres wichtiges Merkmal unserer Lösung ist, dass es große Photoleiter aktiven Bereiche beherbergt ohne erhebliche Steigerung der parasitäre Belastung der Terahertz strahlende Antenne. Mit Hilfe großer Photoleiter aktiven Bereiche ermöglichen Milderung der Träger-Screening-Effekt und thermischen Abbau, die die ultimativen Grenzen für die maximale Strahlungsleistung von herkömmlichen photoleitenden Strahler sind. Dieses Video Artikel basiert auf den einzigartigen Eigenschaften unserer vorgestellte Lösung durch die Beschreibung der über Physik, numerische Modellierung und experimentelle Verifikation konzentriert. Wir experimentell zeigen 50-mal höhere Mächte von einem Terahertz plasmonischen photoconductive Emitter im Vergleich mit einer ähnlichen photoleitfähigen Emitter mit nicht-Plasmonen Kontaktelektroden.

<table><tbody><tr><td colspan="4">Reagenz</td></tr><tr><td>Polymethylmethacrylat (PMMA)</td><td>MicroChem</td><td>950K PMMA A4</td><td></td></tr><tr><td>Hexamethyldisilazan (HMDS)</td><td>Shin-Etsu MicroSI</td><td>MicroPrime HP Primer</td><td></td></tr><tr><td>Optischer Fotolack</td><td>Dow Chemical</td><td>Megaposit SPR 220-3.0</td><td></td></tr><tr><td>Fotolackentwickler</td><td>AZ Electronic Materials</td><td>AZ 300 MIF Entwickler</td><td></td></tr><tr><td>Methyl Iso-Butyl Keytone (MIBK)</td><td>Avantor Performance Materials</td><td>9322-03<</td><td></td></tr><tr>td colspan="4">Equipment</strong</td></tr><tr><td>>Ti:Sapphire Mode-Locked Laser</td><td>Coherent</td><td>MIRA 900D V10 XW OPT 110V</td><td></td></tr><tr><td>Pyr&#8211; Elektrischer Detektor</td><td>Spektrumdetektor</td><td>SPI-A-65 THz</td><td></td></tr><tr><td>Elektronenstrahl-Lithographie-Werkzeug</td><td>JEOL</td><td>JBX-6300-FS</td><td></td></tr><tr><td>Plasma-</td><td>Yield Engineering Systems</td><td>YES-CV200RFS</td><td></td></tr><tr><td>Metallverdampfer</td><td>Denton Vacuum</td><td>SJ-20</td><td></td></tr><tr><td>Plasmagestütztes chemisches Gasphasenabscheidungswerkzeug </td><td>GSI</td><td>GSI PECVD System</td><td></td></tr><tr><td>Projektionslithographie Schrittmotor</td><td>GCA</td><td>AutoStep 200</td><td></td></tr><tr><td>Reaktiver Ionenätzer</td><td>LAM Research</td><td>9400</td><td></td></tr><tr><td>Parameteranalysator</td><td>Hewlett Packard</td><td>4155A</td><td></td></tr><tr><td>Optischer Chopper</td><td>Thorlabs</td><td>MC2000</td><td></td></tr><tr><td>Lock-in-Verstärker</td><td>Stanford Research Systems</td><td>SR830</td><td></td></tr><tr><td>Elektrooptischer Modulator</td><td>Thorlabs</td><td>EO-AM-NR-C2</td><td></td></tr><tr><td>Motorisierter Lineartisch</td><td>Thorlabs</td><td>NRT100</td><td></td></tr></tbody></table>

konstruktion, fertigung und experimentelle charakterisierung plasmonic photoconductive terahertz-emitter

Design, Fabrication, and Experimental Characterization of Plasmonic Photoconductive Terahertz Emitters

In diesem Video-Artikel präsentieren wir eine detaillierte Demonstration eines hocheffizienten Verfahren zur Erzeugung von Terahertz-Wellen. Unsere Technik basiert auf Photoleitfähigkeit, das einer der am häufigsten verwendeten Techniken zum Terahertzerzeugung 1-8 hat basiert. Terahertzerzeugung in einer photoleitfähigen Emitter durch Pumpen eines ultraschnellen Photoleiter mit einem gepulsten oder überlagerten Laserbestrahlung erzielt. Der induzierte Photostrom, der die Hüllkurve des Pumplasers folgt, auf eine Terahertz-Sendeantenne, die mit den Photoleiter Kontaktelektroden zum Terahertz-Strahlung zu erzeugen geleitet. Obwohl die Quanteneffizienz einer photoleitfähigen Emitter theoretisch 100% erreichen kann, sind die relativ langen Transportweg Längen der foto-erzeugten Träger mit den Kontaktelektroden der herkömmlichen Photoleiter stark ihre Quantenausbeute begrenzt. Zusätzlich kann der Träger-Screening-Effekt und thermischen Abbau strikt zu begrenzen die maximale Leistung power konventioneller photoleitenden Terahertz-Quellen. Um die Quanteneffizienz Beschränkungen herkömmlicher photoleitenden Terahertz-Emitter anzugehen, haben wir ein neues Konzept, das photoleitende Emitter eine plasmonischen Kontakt-Elektroden-Konfiguration auf hohe Quanten-Effizienz und ultraschnellen Betrieb bieten gleichzeitig integriert entwickelt. Durch die Verwendung von Nano-Plasmonen Kontakt-Elektroden, wir deutliche Verkürzung der durchschnittlichen Foto-generated Träger Transportweg Photoleiter Kontakt-Elektroden im Vergleich zu herkömmlichen Photoleiter 9. Unsere Methode ermöglicht es auch zunehmende Photoleiter aktiven Fläche ohne erhebliche Steigerung der kapazitiven Belastung der Antenne, die Förderung der Terahertz-Strahlung maximale Leistung durch die Verhinderung der Träger abschirmende Wirkung und thermischer Zerfall bei hohen optischen Pumpleistung. Durch die Integration von Plasmonen Kontaktelektroden zeigen wir, Verbesserung der optischen Terahertz-to-Wirkungsgrad von einer herkömmlichen lichtleitenden terahertz Emitter um einen Faktor von 50 10.

Eine herkömmliche (Abbildung 1a) und Plasmonen (Abbildung 1b) photoleitenden Emitter Einbeziehung plasmonischen Kontakt Elektroden Träger Transportzeiten zu reduzieren, um Elektroden an: Um das Potenzial der Plasmonen-Elektroden für Terahertz Leistungssteigerung zu demonstrieren, haben wir zwei Terahertz-Emitter hergestellt. Beide Ausführungen bestehen aus einem ultraschnellen Photoleiter mit 20 um Spalt zwischen Anode und Kathode Kontakte, verbunden mit einer 60 um lang Bowtie-Antenne ...

Wir beschreiben Methoden für die Konstruktion, Fertigung und experimentelle Charakterisierung plasmonischen photoleitenden Emitter, die zwei Größenordnungen höher Terahertz-Leistung im Vergleich zu herkömmlichen Strahlern photoleitenden anbieten.

Konstruktion, Fertigung und experimentelle Charakterisierung Plasmonic Photoconductive Terahertz-Emitter

In this video article we present a detailed demonstration of a highly efficient method for generating terahertz waves. Our technique is based on ...

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens besteht darin, eine äußerst effiziente Methode zur Erzeugung von Terahertz-Strahlung zu demonstrieren. Dies wird erreicht, indem plasmonische Kontaktelektroden in photoleitfähige Terahertz-Emitter integriert werden, wodurch gleichzeitig eine hohe Quanteneffizienz und ultraschneller Gerätebetrieb ermöglicht werden. Der erste Schritt besteht darin, plasmonische photoleitfähige Emitter-Prototypen mittels Elektronenstrahllithografie herzustellen.Anschließend wird die Strahlungsleistung der realisierten Emitter-Prototypen gemessen und mit identischen herkömmlichen photoelektrischen Ertz-Emittern ohne plasmonische Elektroden verglichen. Im letzten Schritt erfolgt die Charakterisierung der spektralen Eigenschaften der Strahlung von plasmonischen photoelektrischen Ertz-Emitter-Prototypen. Letztendlich werden Ergebnisse erzielt, die zeigen, dass die Einbindung plasmonischer Elektroden in einen photoelektrischen Emitter die Strahlungsleistung und -effizienz um zwei Größenordnungen steigern kann.Diese Methode kann dazu beitragen, die Hauptnachteile herkömmlicher leitfähiger ertz-TES zu überwinden, nämlich den Kompromiss zwischen hoher Quanteneffizienz

design-fabrication-experimental-characterization-plasmonic

Research

Forschung

JoVE Journal

Engineering

Ingenieurwesen

Polykristalline Silizium-Dünnschicht-Solarzellen auf Glas werden durch Ablagerung von Bor und Phosphor dotierten Silizium-Schichten durch Kristallisation, Defekt Passivierung und Metallisierung gefolgt hergestellt. Plasmonische Licht-Trapping wird durch Bildung Ag-Nanopartikel auf dem Silizium-Zelloberfläche mit einer diffusen Reflektor was zu ~ 45% Fotostrom Enhancement begrenzt eingeführt.

Polykristalline Silizium-Dünnschicht-Solarzellen mit Plasmonische-enhanced Light-Trapping

Metamaterialien bei Terahertz-Frequenzen bieten einzigartige Möglichkeiten, aber sind anspruchsvoll in der Masse herzustellen. Wir passen die Fertigung Verfahren für mikrostrukturierte optische Polymerfasern, kostengünstig herzustellen Metamaterialien potenziell im industriellen Maßstab. Wir produzieren Polymethylmethacrylat Fasern mit ~ 10 Mikrometer Durchmesser Indium-Drähte durch ~ 100 um, die eine Terahertz-Plasmonen Resonanz aufweisen getrennt.

Herstellung Metamaterialien Mit dem Fiber Drawing Methode

Das Verfahren zur Durchführung einer Brechzahl Sensor zum Terahertzfrequenzen auf einem gerillten Parallelplatten-Wellenleiter-Geometrie basierend wird hier beschrieben. Das Verfahren ergibt eine Messung des Brechungsindex eines kleinen Volumens von Flüssigkeit durch Überwachung der Veränderung in der Resonanzfrequenz des...

Terahertz Microfluidic Sensing mit einem Parallel-Platte Waveguide Sensor

Dieses Protokoll beschreibt die Simulation, Herstellung und Charakterisierung von THz Metamaterial-Absorber. Derartige Absorber, wenn sie mit einem geeigneten Sensor gekoppelt, haben Anwendungen in THz-Bildgebung und Spektroskopie.

Simulation, Herstellung und Charakterisierung von THz Metamaterial Absorber

Silbernanodrähte können gleichzeitig Elektronen und optische Information in Form von Oberflächenplasmonen transportieren. Es wird hier ein Verfahren beschrieben, um eine solche gemeinsame Schaltung zu realisieren und die Grenzen bei der Ausbreitung beider Informationsträger zu bewerten.

Bewertung des plasmonischen Transports in stromführenden Silbernanodrähten

Die Herstellung von kontrastreichen Gittern als paralleles spektrumspaltendes dispersives Element in einer konzentrierten Photovoltaikanlage wird demonstriert. Herstellungsprozesse wie Nanoimprint-Lithographie, TiO2-Sputtern und reaktives Ionenätzen werden beschrieben. Die Ergebnisse der Reflexionsmessung werden zur Charakterisierung der optischen Leistung verwendet.

Herstellung von High Contrast Roste für die Spectrum Splitting dispersives Element in einer konzentrierten Photovoltaik-Anlage

Ein Protokoll für die kolloidalen Synthese von Silbernanowürfel und die Herstellung von Plasmonen nanoskaligen Patch-Antennen mit Sub-10 nm Lücken vorgestellt.

Kolloidales Synthese von Nanopatch Antennen für Anwendungen in Plasmonics und Nanophotonics

Ein Protokoll für die Konstruktion und Herstellung eines neuartigen nanopillar-basierten Split-Ring-Resonator (SRR) dargestellt.

Die Herstellung von Nanopillar-Based Split-Ring-Resonatoren für Verschiebungsstrom Mediated Resonances in Terahertz Metamaterialien

Wir zeigen die Herstellung von periodischen gold Nanocup Arrays mit kolloidalen lithographischen Techniken und sprechen über die Bedeutung von Nanoplasmonic Filmen.

Herstellung von periodischen Gold Nanocup Arrays mit kolloidalen Lithographie

Dieses Protokoll beschreibt die Instrumentierung für die Bestimmung der Anregung und Kopplung zwischen lichtemittern und Bloch-ähnlichen Oberflächen Plasmon-Polaritonen periodische Arrays aus.

Bestimmung der Erregung und Kupplung zwischen Lichtemittern und Oberflächen Plasmon Polaritonen

Hier wird ein Protokoll zur Synthese von Silber-Palladium (Ag-Pd) Legierung Nanopartikel (NPs) auf ZrO2 unterstützt (Ag-Pd/ZrO2). Dieses System ermöglicht die Gewinnung von Energie aus sichtbarer Lichtbestrahlung, um molekulare Transformationen zu beschleunigen und zu steuern. Dies wird durch die Nitrobenzolreduktion unter Lichtbestrahlung veranschaulicht, die von Ag-Pd/ZrO2 NPs katalysiert wird.

Herstellung von silber-palladiumlegierten Nanopartikeln zur Plasmonischen Katalyse unter sichtbarer Lichtbeleuchtung

Lernen Sie die Herstellung plasmonischer photoleitender Terahertz-Emitter mittels Elektronenstrahllithografie. Diese Methode steigert die Strahlungsleistung um zwei Größenordnungen gegenüber konventionellen Emittern.

Konstruktion, Fertigung und experimentelle Charakterisierung Plasmonic Photoconductive Terahertz-Emitter

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