Conception, fabrication et expérimentale Caractérisation des plasmoniques émetteurs térahertz Photoconductive

Résumé

Nous décrivons des méthodes pour la conception, la fabrication et la caractérisation expérimentale des émetteurs photoconductives plasmoniques, qui offrent deux ordres de niveaux de puissance plus élevés térahertz de grandeur par rapport aux émetteurs photoconductives conventionnels.

Résumé

Dans cet article, nous présentons la vidéo d'une démonstration détaillée d'une méthode très efficace pour générer des ondes térahertz. Notre technique est basée sur photoconduction, qui a été l'une des techniques les plus couramment utilisées pour la génération térahertz ^1-8. génération d'un émetteur térahertz en photoconductrice est réalisée en pompant un photoconducteur ultra-rapide avec un éclairage laser pulsé ou hétérodyne. Le photocourant induit, qui fait suite à l'enveloppe du laser de pompage, est acheminée à une antenne de rayonnement terahertz connecté aux électrodes en contact avec les photoconducteurs pour générer un rayonnement térahertz. Bien que le rendement quantique d'un émetteur photoconducteur peut théoriquement atteindre 100%, les longueurs des trajets de transport relativement longs des porteurs photo-générés pour les électrodes de contact de photoconducteurs classiques ont sévèrement limité leur efficacité quantique. En outre, l'effet de dépistage des porteurs et la dégradation thermique limitent strictement la sortie maximale peurs de sources térahertz photoconductives conventionnels. Pour remédier aux limitations de l'efficacité quantique d'émetteurs térahertz photoconductives conventionnels, nous avons développé un nouveau concept d'émetteur photoconductrice qui intègre une configuration d'électrodes de contact plasmonique à offrir quantique élevé d'efficacité et le fonctionnement ultra-rapide en même temps. En utilisant des électrodes de contact plasmoniques à l'échelle nanométrique, nous réduisons considérablement la photo généré par chemin de transport de porteurs moyenne à des électrodes de contact photoconducteurs par rapport à photoconducteurs conventionnels ^9. Notre méthode permet également augmenter la surface active du photoconducteur sans une augmentation considérable de la charge capacitive à l'antenne, augmentant la puissance maximale du rayonnement térahertz en empêchant l'effet de dépistage des porteurs et la dégradation thermique à des puissances de pompage optique. En intégrant des électrodes de contact plasmoniques, nous démontrons l'amélioration de l'efficacité de conversion de puissance optique-terahertz d'un photoconducteur te conventionnelrahertz émetteur par un facteur de 50 ^10.

Introduction

Nous présentons une nouvelle émetteur térahertz photoconductrice qui utilise une configuration d'électrodes de contact plasmonique de renforcer l'efficacité de conversion optique-terahertz par deux ordres de grandeur. Notre technique porte sur les limitations les plus importantes d'émetteurs classiques photoconductives terahertz, à savoir faible puissance de sortie et une mauvaise efficacité énergétique, qui proviennent du compromis inhérent entre haute efficacité quantique et le fonctionnement ultra-rapide de photoconducteurs conventionnels.

Une des nouveautés clés de notre conception qui ont conduit à cette amélioration de l....

Protocole

1. Plasmonique Fabrication de l'émetteur Photoconductive

1. Fabriquer des réseaux plasmoniques.
   1. Nettoyer la plaquette de semi-conducteur par immersion dans de l'acétone (2 min) suivi d'isopropanol (2 min), et un rinçage à l'eau désionisée (10 sec).
   2. Sécher l'échantillon avec de l'azote et chauffer sur une plaque chauffante à 115 ° C pendant 90 secondes pour éliminer toute l'eau restante.
   3. Spin MicroChem 950K PMMA A4 sur l'échantillon à 4000 rpm pendant 45 sec. Pré-cuire le résist sur une plaque chauffante à 180 ° C pendant 3 min.
   4. Chargez l'échantillon dans un outil de lithographie par fa....

Résultats

Pour démontrer le potentiel des électrodes plasmoniques pour l'amélioration du pouvoir terahertz, nous avons fabriqué deux émetteurs térahertz: un (figure 1b) photoconducteur émetteur conventionnel (figure 1a) et plasmonique intégrant des électrodes de contact plasmoniques pour réduire les temps de transport porteuses de contacter électrodes. Les deux motifs sont constitués d'un photoconducteur ultrarapide avec 20 écart um entre l'anode et les contacts de cathode, connecté à.......

Discussion

Dans cet article, vidéo, nous vous présentons une nouvelle technique de production d'terahertz photoconductrice qui utilise une configuration d'électrodes de contact plasmonique de renforcer l'efficacité de conversion optique-terahertz par deux ordres de grandeur. L'augmentation significative de la puissance de rayonnement térahertz des émetteurs photoconductives plasmoniques présentés est très précieux pour l'avenir haute sensibilité terahertz imagerie, la spectroscopie et de systèmes de spectrométr.......

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
réactif
Méthacrylate de méthyle (PMMA)	MicroChem	950K PMMA A4
Hexamethyldisilazane (HMDS)	Shin-Etsu MicroSI	MicroPrime HP Primer
Photoresist	Optical Photoresist Dow Chemical Megaposit	SPR 220-3.0
Photoresist Developer	AZ Electronic Materials	AZ 300 MIF Révélateur
Methyl Iso-Butyl Keytone (MIBK)	Avantor Performance Materials	9322-03
Equipment
Ti :Sapphire Mode-Locked Laser	Coherent	MIRA 900D V10 XW OPT 110V
Pyr– ; Détecteur électrique	Détecteur de spectre	SPI-A-65 THz
Outil de lithographie par faisceau d’électrons	JEOL	JBX-6300-FS
Décapage au plasma	Systèmes d’ingénierie de rendement	YES-CV200RFS
Évaporateur de métal	Denton Vacuum	SJ-20
Outil de dépôt chimique en phase vapeur amélioré par plasma	GSI	GSI PECVD System
Projection Lithographie Stepper	GCA	AutoStep 200
Graveur d’ions réactifs	LAM Research	9400
Analyseur de paramètres	Hewlett Packard	4155A
Chopper optique	Thorlabs	MC2000
Lock-in Amplifier	Stanford Research Systems	SR830
Modulateur électro-optique	Thorlabs	EO-AM-NR-C2
Platine linéaire motorisée	Thorlabs	NRT100