Name: プラズモニック光伝導テラヘルツエミッターの設計、製作、および実験特性 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-07-08T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 54 s
Description: 学ぶプラズモニック光伝導テラヘルツエミッターの設計・製作法。電子ビームリソグラフィーでナノ構造を作製し、従来型と比較して2桁の高出力向上を実現する革新的なテラヘルツ発生技術です。

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著者は、LT-GaAs基板を提供するためPicometrixに感謝したいとありがたくミシガンスペースグラントコンソーシアム、ドクタージョンアルブレヒト（契約＃N66001-10-1から4027）、NSFキャリアによって管理DARPAヤング学部賞からの財政支援を認めるであろう賞は、博士サミールエルGhazaly（契約＃N00014-11-1から0096）、ポール博士真紀（契約＃N00014-12-1から0947）によって管理ONR若手研究賞、およびによって管理ARO若手研究賞によって管理博士が開発パーマー（契約＃W911NF-12-1から0253）。

1。プラズモン光導電エミッタ作製<ol><li>プラズモニック格子を作製。 <ol><li>イソプロパノール（2分間）、続いて、脱イオン水（10秒）ですすぎ、アセトン（2分）中に浸漬することにより、半導体ウエハをクリーニングします。 </li><li>窒素でサンプルを乾燥し、℃で90秒間、任意の残りの水を除去するために115℃ホットプレート上で、それを加熱する。 </li><li> 45秒間4,000 rpmで試料上でスピンマイクロケム950KのPMMA A4。プリベークは、3分間180℃のホットプレート上のレジスト。 </li><li>電子ビームリソグラフィツール（JEOL JBX-6300-FS）に試料をロードします。 100kVの加速電圧を用いて、650μC/ cm 2の周辺の基地用量でプラズモン格子パターンを露光する。 </li><li> MIBKでサンプルを浸漬することにより、PMMAの開発：90秒1時03 IPA混合。すぐに60秒のための純粋なイソプロパノール液にサンプルを転送します。 </li><li> 10秒間脱イオン水でサンプルを洗浄した後、窒素でサンプルを乾燥させます。 </li><li>プラズマストリッパー（YES-CV200RFS）に試料をロードします。デスカム10秒間100sccmのO 2流量で30℃で30 W RF電力を使用してサンプル。 </li><li> HCl中に浸漬することにより、表面酸化物を除去：H 2 30秒0 3時10分混合。すぐに4分間の脱イオン水をすすぎカスケードにサンプルを移す。 </li><li>金属蒸着前に大気中の酸素への曝露を最小限にするための脱イオン水をビーカーにサンプルを移す。 </li><li>金属蒸発器（デントンSJ-20）に脱イオン水に、試料を入れたビーカーを取る。チャンバーを大気開放してから、削除する、乾燥し、そして（これらのステップは、サンプルの表面酸化物の形成を防ぐために、中断せずに従うべきである）チャンバーにサンプルをロードします。 </li><li> 2×10 -6トル以下の圧力にチャンバーをポンプ。デポジットのTi / Auの（450分の50オングストローム）。 </li><li>チャンバーを大気開放し、サンプルを削除します。 </li><li>堆積した金属をリフトオフするために、テフロン（登録商標）のホルダに試料を置くアセトンのビーカー、カバー、そして一晩おきます。ビーカーを発見、超音波攪拌機に入れ、すべての不要な金属は（通常は30秒）が削除されるまで待ちます。 </li></ol></li><li>預金SiO 2のパッシベーション。 <ol><li> 1.1.2 - ステップ1.1.1のようにサンプルをクリーニングします。 </li><li>プラズマ化学気相堆積ツール（GSI PECVD）でサンプルをロードする。 200℃で、SiO 2の預金1500Å </li></ol></li><li>のSiO 2を介してコンタクトビアを開きます。 <ol><li> 1.1.2 - ステップ1.1.1のようにサンプルをクリーニングします。 </li><li> 30秒間4,000 rpmでHMDSでスピン。 30秒間4,000 rpmでMegaposit SPR 220から3.0フォトレジスト上にスピン。プリベークは、90秒間115℃のホットプレート上のレジスト。 </li><li>投影リソグラフィステッパー（GCAオートステップ200）に試料とマスクプレートをロードします。サンプルの位置を合わせて公開します。 </li><li> 90秒間115℃のホットプレート上で露光されたフォトレジストをポストベーク。 </li><li> 6 AZ 300 MIFの開発者のレジストの開発0秒。 </li><li>すぐにカスケードにサンプルを移動する4分間の脱イオン水をすすぎ。窒素でサンプルを乾燥させる。 </li><li>反応性イオンエッチング装置（LAM 9400）に試料をロードします。 500 WのTCP RF電力を用いてエッチングするのSiO 2、100 WのバイアスRF電力、15 sccmのSF6 - 、C 4 F 8、彼50sccmの50sccmの、80秒間のAr 50sccmの。 </li><li>イソプロパノール（2分）、続いてアセトン（5分）で、サンプルを置くことによって、フォトレジストの大部分を削除します。脱イオン水（10秒）ですすいでください。窒素で乾燥させます。 </li><li>プラズマストリッパー（YES-CV200RFS）でサンプルをロードすることにより、残留フォトレジストを除去。 5分間100sccmのO 2流量で30℃で800 W RF電力を用いてフォトレジストを除去。 </li></ol></li><li>アンテナ及びバイアス線を作製。 <ol><li>パターンアンテナとバイアスラインに1.3.6 - ステップ1.3.1を繰り返します。 </li><li>表面酸化物を除去するために1.1.9 - 1.1.8の手順を繰り返します。 </li><li>サンプルを含むビーカーを取り、金属蒸発器（デントンSJ-20）に脱イオン水。 </li><li>チャンバーを大気開放してから、すぐに削除、乾燥、およびチャンバーにサンプルをロードします。 </li><li> 2×10 -6トル以下の圧力にチャンバーをポンプ。預金のTi / Auの（10月4日、000Å）。 </li><li>チャンバーを大気開放し、サンプルを削除します。 </li><li>堆積された金属をリフトオフするステップ1.1.13を繰り返します。 </li></ol></li><li>サンプルをパッケージ化します。 <ol><li> 8ミリメートル穴付き2インチアルミワッシャーにのり直径12mm超半球のシリコンレンズのエッジを。 </li><li>一つはアルミワッシャーに、簡単に半田缶に金属トレースと糊のPCBボードを、。 </li><li>薄いエポキシ樹脂を用いてシリコンレンズ上に作製したプラズモニック光伝導テラヘルツエミッタプロトタイプをマウントします。 </li><li>同じアルミワッシャーに接着PCBボードにワイヤボンドは、デバイスの接触パッド。 </li><li> PCB基板上の金属トレースにはんだワイヤー。 </li><li>パラメトリック·アナライザ（ヒューレットパックにデバイスの接触パッドを接続しますテスト目的でPCB基板の対応するパッドに半田ワイヤを使用してARD 4155A）。 </li></ol></li></ol> 2。プラズモン光導電エミッタ特性<ol><li>デバイスの整列。 <ol><li>回転マウントにプラズモン光導テラヘルツエミッタプロトタイプを運ぶアルミワッシャーを置き、しっかりとチタンから光ポンプを集中：サファイア各デバイスの活性領域にレーザ（MIRA 900D V10 XW OPT 110V）をモードロック。 </li><li>光ポンプの電界が表面プラズモン波（プラズモン格子に対して垂直な）の効率的な励起に向くよう回転マウントを調整します。 </li><li>同時に、各デバイスにバイアス電圧を印加し、各デバイスに誘導される電流を測定するためにパラメトリックアナライザを使用。被試験各デバイスの光電流を最大にすることによって最適な光ポンプアライメントと偏光調整を確認してください。 </li></ol></li><li>出力電力測定urement。 <ol><li>各デバイスのモードロックポンプレーザ入射から光ポンプを変調する光チョッパ（ソーラボMC2000）を使用します。 </li><li>焦電検出器（スペクトル検出器株式会社SPI-A-65テラヘルツ）を使用してプラズモン光導テラヘルツエミッタプロトタイプの出力パワーを測定します。 </li><li>低ノイズレベルでテラヘルツ電力データを回復するために光チョッパの基準周波数をロックインアンプ（スタンフォードリサーチシステムズSR830）に焦電型検出器の出力を接続します。 </li></ol></li><li>放射スペクトル特性評価。 <ol><li>チタンで始まる：サファイアモード同期レーザとポンプ光とプローブ光にモード同期レーザの出力を分割するビームスプリッタを使用する。 </li><li>ポンプパスに光ビームを変調する電気光学変調器（ソーラボEO-AM-NR-C2）を使用します。テラヘルツ放射を生成するために被試験感光エミッタの活性領域上に、ポンプビームをフォーカス。 </li><li>平行にする第一ポリエチレン球面レンズを用いて発生したテラヘルツビーム。第二ポリエチレン球面レンズを使用したコリメートテラヘルツビームを当てる。 </li><li>テラヘルツビームの焦点の前に、ITO被覆ガラスフィルターを用いてプローブ光ビームにコリメートされたテラヘルツビームを組み合わせる。 </li><li>厚さ1mmを置き、&lt;110&gt; ZnTeの結晶は、光学とテラヘルツビームを合わせた焦点に回転ステージ上に搭載。 </li><li>たZnTe結晶の内部に相互作用する光とテラヘルツパルス間の時間遅延を変化させる電動式リニアステージ（Thorlabs社NRT100）を使用して、光プローブ路に制御可能な光学遅延線を挿入する。 </li><li>プローブ経路に半波長板を用いて、テラヘルツ偏光方向に対して45°の角度であることが光プローブの偏光を回転させる。 </li><li>たZnTe結晶後四半期波長板を使用して、円偏光に光ビームの偏光に変換します。 </li><li> CIRCULスプリットウォラストンプリズムによって、2つのブランチにアルリー偏光ビーム。ロックイン増幅器に接続された2つの平衡検出器を使用して、各ブランチにおける光ビームのパワーを測定する。 </li><li>コンピュータに電動遅延線とロックインアンプを接続します。 、繰り返し電動遅延線の位置を移動するためのMatlabのスクリプトを書いて一時停止し、ロックインアンプからの信号の大きさをお読みください。 </li><li>光の速度、総光遅延の長さを分割介して、時間領域にステージ位置を変換し、周波数領域データを取得するために慎重なフーリエ変換（Matlabのを使用）した。 </li></ol></li></ol>

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<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>
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</ol>

利害の衝突は宣言されていない。

このビデオ本稿では、2桁光 - テラヘルツ変換効率を高めるためにプラズモン接触電極構成を使用して新規な感光テラヘルツ生成手法を提案する。提示プラズモン光導電性エミッタからのテラヘルツ放射電力の大幅な増加は、将来の高感度テラヘルツイメージング、分光法と高度な化学物質の識別、医療用画像処理、生物学的センシング、天文学、大気センシング、セキュリティスクリーニングに用いる分析システムのために非常に貴重であり、材料特性。 このビデオの記事の焦点は、超高速光導電体の誘導光電流を高めることでプラズモン電極の影響の実証されており、光伝導テラヘルツエミッターからのテラヘルツ放射電力。これにより、感光エミッタアーキテクチャ、テラヘルツ放射アンテナと、バイアス供給の選択肢我々のデモに任意であったが、拡張コンセプトは、同様に噛み合わさコンタクト電極並びにパルス及び連続の両方で大面積感光テラヘルツエミッタの有無にかかわらずテラヘルツアンテナの様々な感光テラヘルツエミッタからの放射電力を強化するために適用することができる波操作。この点で、試作装置の出力電力は、共振空洞3,16、大型デバイ...

我々は、2桁光 - テラヘルツ変換効率を高めるためにプラズモン接触電極構成を使用して新規な感光テラヘルツエミッタを提示する。我々の技術、すなわち、従来の光導電テラヘルツエミッタ、高い量子効率と、従来の感光体の超高速動作の間の固有のトレードオフに由来する低出力電力と貧しい電力効率の最も重要な制限に対処しています。 このリープフロッグ性能改善につながった私たちの設計における重要なノベルティの一つは、サブ内に収集することができるように、コンタクト電極に近接した光生成キャリアを多数蓄積するコンタクト電極構造を設計することであるピコ秒時間スケール。換言すれば、感光体超高速動作、高量子効率とのトレードオフは、光属の空間操作によって緩和されるテッドキャリア。プラズモニック接触電極（1）プラズモン電極（回折限界を超えて）、金属接触で（2）異常 ​​光強化と半導体インターフェース10、11を光吸収の間にナノスケールデバイスの活性領域への光閉じ込めを可能にすることにより、このユニークな機能を提供します。当社のソリューションのもう一つの重要な属性は、テラヘルツ放射アンテナに寄生負荷のかなりの増加することなく、大きな感光アクティブ領域に対応することです。活用大感光アクティブ領域は、従来の光導電性エミッタからの最大放射電力のための究極の限界である、キャリアスクリーニング効果と熱破壊を軽減できます。このビデオの記事は、支配物理学、数値モデリング、および実験的検証を記述することで我々の提示ソリューションのユニークな属性に集中している。我々は実験的にプラズモニックなPhotから50倍も高いテラヘルツパワーを発揮非プラズモニック接触電極と同様の光導電性エミッタと比較しoconductiveエミッタ。

<table><tbody><tr><td colspan="4">Reagent</td></tr><tr><td>ポリメチルメタクリレート(PMMA)</td><td>MicroChem</td><td>950K PMMA A4</td><td></td></tr><tr><td>ヘキサメチルジシラザン(HMDS)</td><td>信越MicroSI</td><td>MicroPrime HPプライマー</td><td></td></tr><tr><td>光学フォトレジスト</td><td>ダウケミカル</td><td>メガポジットSPR 220-3.0</td><td></td></tr><tr><td>フォトレジスト現像液</td><td>AZエレクトロニックマテリアル</td><td>ズ AZ 300 MIF現像液</td><td></td></tr><tr><td>メチルイソブチルキートーン (MIBK)</td><td>アバンターパフォーマンスマテリアルズ</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;エレクトロ検出器</td><td>スペクトラム検出器</td><td>SPI-A-65 テラヘルツ</td><td></td></tr><tr><td>電子ビームリソグラフィーツール</td><td>JEOL</td><td>JBX-6300-FS</td><td></td></tr><tr><td>プラズマストリッパー</td><td>歩留まりエンジニアリングシステム</td><td>YES-CV200RFS</td><td></td></tr><tr><td>メタルエバポレーター</td><td>デントンバキューム</td><td>SJ-20</td><td></td></tr><tr><td>プラズマ強化化学蒸着ツール </td><td>GSI</td><td>GSI PECVD システム</td><td></td></tr><tr><td>プロジェクションリソグラフィーステ</td><td>ッパーGCA</td><td>AutoStep 200</td><td></td></tr><tr><td>反応性イオンエッチング</td><td>LAM Research</td><td>9400</td><td></td></tr><tr><td>パラメータアナライザー</td><td>Hewlett Packard</td><td>4155A</td><td></td></tr><tr><td>光チョッパー</td><td>Thorlabs</td><td>MC2000</td><td></td></tr><tr><td>ロックインアンプ</td><td>Stanford Research Systems</td><td>SR830</td><td></td></tr><tr><td>電気光学変調器</td><td>Thorlabs</td><td>EO-AM-NR-C2</td><td></td></tr><tr><td>電動リニアステージ</td><td>Thorlabs</td><td>NRT100</td><td></td></tr></tbody></table>

プラズモニック光伝導テラヘルツエミッターの設計、製作、および実験特性

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

このビデオの記事では、テラヘルツ波を発生させるために非常に効率的な方法の詳細なデモを提示します。我々の技術は、テラヘルツ生成1-8のための最も一般的に使用される技術の一つとなっている光伝導に基づいている。感光エミッタにおけるテラヘルツパルス発生をヘテロダイン又はレーザ照射による超高速光導電体を励起することによって達成される。ポンプレーザのエンベロープに追従誘起光電流は、テラヘルツ放射を生成するために感光コンタクト電極に接続されたテラヘルツ放射アンテナに送られる。感光エミッタの量子効率が理論的に100％に達することができるが、従来の光導電体のコンタクト電極に光生成キャリアの比較的長い輸送経路の長さは厳しく、その量子効率を制限してきた。また、キャリアスクリーニング効果と熱破壊は厳密には最大出力pを制限するとower従来の光伝導テラヘルツ光源の。従来の光導テラヘルツ放射体の量子効率の限界に対処するために、我々は、同時に高い量子効率および超高速動作を提供するプラズモンコンタクト電極構造を組み込んだ新たな感光エミッタ概念を開発した。ナノスケールプラズモンコンタクト電極を用いることにより、我々はかなり従来の感光体9と比較して、感光コンタクト電極に平均光生成キャリア輸送路を低減する。本手法はまた、高い光ポンプパワーでキャリアスクリーニング効果と熱破壊を防止することにより、最大のテラヘルツ放射電力を昇圧し、アンテナに容量性負荷が大幅に増大させることなく、感光体活性領域を増加させることができる。プラズモンコンタクト電極を組み込むことにより、従来の感光TEの光 - テラヘルツ電力変換効率を高めることを実証50 10倍rahertzエミッタ。

電極に連絡するキャリア輸送時間を短縮するプラズモンコンタクト電極を組み込んだ（ 図1a）は、従来とプラズモン（ 図1b）感光エミッタ：テラヘルツパワー増強のためのプラズモン電極の電位を示すために、我々は2つのテラヘルツエミッタを作製した。両方ともデザインは同じLT-GaAs基板上に作製さ100μmと30μmの最大値と最小幅で60μmの長いボウタイアンテナに接続されたアノードとカソード接点間20μmのギャップ、、それぞれ、と超高速光導電体で構成されています。プラズモン光導電性エミッタは、ボウタイアンテナの入力ポートに2ナノスケールプラズモン接触格子を組み込んでいます。平均ペーハーを最小限に抑えるためプラズモン電極間の間隔を最小限に抑えながら、最適なプラズモン接触電極構成の設計戦略は、光吸収性基材への光ポンプの伝送を最大化されるコンタクト電極におとで生成されたキャリア輸送路の長さ。我々は、入射光ポンプに設計されたプラズモン接触電極と感光体の応答を推定するマルチフィジックス有限要素ソルバー（COMSOL）を使用します。この目的のために、光生成キャリア密度は、光吸収性基質で計算...

我々は、設計、製造、および従来型の光導電性エミッタに比べて大きさより高いテラヘルツパワーレベルの二桁を提供プラズモン光導電性エミッタの実験的特性評価のための方法を記載している。

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

本手順の全体的な目的は、テラヘルツ波を生成するための極めて効率的な手法を実証することである。これは、フォトコンダクティブ・テラヘルツ放射体にプラズモニック接点電極を組み込むことで、高い量子効率と超高速のデバイス動作を同時に実現することにより達成される。最初のステップは、電子ビームリソグラフィーを用いてプラズモニックフォトコンダクティブ放射体のプロトタイプを作製することである。次に、作製したエミッタ・プロトタイプの放射電力を測定し、プラズモニック電極を持たない同一の従来の光導電テラヘルツエミッタと比較します。最終ステップでは、プラズモニック光導電テラヘルツエミッタ・プロトタイプからの放射の分光特性を評価します。最終的に、光導電エミッタにプラズモニック電極を組み込むことで、放射電力と効率が2桁向上することが示される結果が得られます。この手法は、従来の導電型テラヘルツ（THz）放射器における主要な制限、すなわち高量子効率と超高速動作のトレードオフを解消するのに役立ちます。従来の光導電型テラヘルツ放射器は、超高速光導電体と統合されたテラヘルツアンテナで構成されています。テラヘルツ周波数成分を持つ光ポンプビームを超高速光導電体に集光させると、このアンテナに電流が発生します。このビームは、光ポンプのエンベロープに比例した速度で光キャリアを生成します。バイアス電界を印加すると、光キャリアが接触電極に向かってドリフトしてアンテナに給電し、テラヘルツ波を放射します。従来の光導電型テラヘルツ放射体に対するプラズモニック放射体の主な利点は、プラズモニック接点電極の至近距離に、より多くの光生成キャリアを蓄積できることです。これにより、これらのキャリアはサブピコ秒のタイムスケールでテラヘルツアンテナへとドリフトすることが可能になります。プラズモニック接点電極がこのような高度なキャリア蓄積を実現できるのは、ナノスケールのデバイス活性領域への光閉じ込めが可能であり、金属接点と光吸収半導体界面において極めて高い光増強効果が得られるためです。プラズモニクス光導電テラヘルツ波エミッタを実装するには、まず電子ビームリソグラフィ、それに続く金属堆積およびリフトオフを用いて、ナノスケールのプラズモニック接点電極をパターニングします。次に、プラズマ強化化学気相成長法を用いて二酸化ケイ素層を堆積させ、光学フォトリソグラフィとドライプラズマエッチングを用いて、二酸化ケイ素層を貫通するコンタクトビアをエッチングします。最後に、光学リソグラフィを用いてアンテナとバイアス線をパターニングし、続いて金属堆積およびリフトオフを行います。私の研究室の大学院生であるChristopher Berryが、ラザー特性評価の手順を実演します。プラズモニックグレーティングを製作した後、パッケージングおよび特性評価を行う必要があります。デバイスをシリコンレンズに取り付け、そのレンズをアルミニウムワッシャーに固定し、回転マウントに設置します。チタンサファイアモードロックレーザーからの光ポンプビームを、デバイスの活性領域に強く集光させます。表面プラズモン波を効率的に励起するため、光ポンプの電場がプラズモニックグレーティングに対して垂直になるように回転マウントを調整します。次に、パラメトリックアナライザを使用して、デバイスにバイアス電圧を印加しながら、誘導電気電流を同時に測定します。デバイスの光電流を最大化させることで、ポンプ光のアライメントと偏光を最適化してください。出力を測定するには、デバイスに入射するモードロックポンプレーザーのビームを、光学チョッパーを用いて変調させます。パイロ電気検出器の出力をロックインアンプに接続してください。光学チョッパーのリファレンス周波数を用い、焦電検出器でプラズモニックテラヘルツエミッタ試作機の出力電力を測定します。まず、チタンサファイアモードロックレーザーからビームを取り出し、ビームスプリッターを用いてポンプ光とプローブ光に分割して分光特性評価を開始します。ポンプ光路のビームを電気光学変調器で変調させ、ポンプ光をテスト対象のエミッタの活性領域に集光させます。テラヘルツ波を発生させるには、ポリエチレン球面レンズを用いて、テラヘルツビームの焦点面より手前の点にビームを集光させ、酸化インジウムスズ（ITO）コーティングガラスフィルターを用いて、それを光学プローブビームと合波します。回転ステージ上に厚さ1 mmのテルル化亜鉛結晶を設置します。これを光学ビームとテラヘルツビームの共通焦点に配置し、テルル化亜鉛結晶内で相互作用する光学パルスとテラヘルツパルスの間の時間遅延を変化させます。また、電動リニアステージを用いて、光学プローブの光路に制御可能な光学遅延線を挿入します。プローブ光の光路に半波長板を配置し、光学プローブの偏光をエルツ偏光方向に対して45度に回転させます。次に、テルル化亜鉛結晶の後方に四分の一波長板を使用し、光学ビームの偏光を円偏光に変換します。その後、ウォリンプリズムを用いて、円偏光した光学ビームを2つの分岐に分割します。ロックインアンプに接続した2つのバランス検出器を用いて、各分枝の光ビーム強度を測定します。実験制御およびデータ収集のため、電動ディレイラインとロックインアンプを、電動ディレイラインを反復的に移動させるようプログラムされたコンピュータに接続します。一時停止し、ロックインアンプからデータを読み取ります。ここに示されているアンプは、作製およびテストが行われた従来の左側エミッターとプラズモニック右側エミッターの例です。相違点は、右側の挿入図に示すように、プラズモニックエミッターのボウタイアンテナの入力ポートに2つのナノスケールプラズモニックコンタクトグレーティングが組み込まれていることです。光学ポンプ光を作製した各デバイス上に強く集光させ、放射電力を最大化するためにアノード接点電極の近くに配置した。また、各デバイスにおける光学電場の方向についても、放射電力を最大化するように選択した。青色で示されているのは、プラズモニックテラヘルツ発光器から測定されたテラヘルツ放射電力の光学ポンプ電力に対する関数である。赤色の曲線は従来のエミッタに関するもので、縦軸は対数スケールです。挿入図では同じ配色を用いて、光ポンプパワーの関数としての光電流を示しています。放射パワーの大幅な向上は、プラズモニックコンタクト電極を採用することで、より高い光電流レベルが生成されたことによるものです。ここでは、さまざまなバイアス電圧および光ポンプ出力におけるテラヘルツ放射出力の測定値を、収集された光電流に対してプロットしています。ここでも、青はプラズモニックエミッタを、赤は従来のエミッタを表しています。データポイントはすべて、傾き2の同一の直線で曲線適合されています。これにより、放射パワーが誘導光電流に対して二次依存的に変化すること、および2つのエミッタにおいてすべての動作条件とアンテナ特性が同一であることが確認されます。プラズモニックヘルツエミッタから放射されるヘルツパワーと従来のヘルツエミッタから放射されるヘルツパワーの比として定義されるヘルツパワー増強度は、ここに異なる光ポンプパワーレベルにおけるバイアス電圧の関数として示されています。低い光ポンプパワーレベルおよび30 voltsのバイアス電圧において、最大50倍の出力パワー増強因子が観察されます。増強因子は、光ポンプパワーレベルおよび電圧が高くなるにつれてわずかに減少します。これはキャリア遮蔽効果によって説明でき、プラズモニック光導電体ではより多くの光電流が生成され、より多数の電子・正孔対が分離されるため、この効果の影響をより強く受けると考えるべきです。このプロットは、プラズモニック光導電エミッタからの時間領域における放射電力を示しています。これは、中心波長 800 nanometer、繰り返し周波数 76 megahertz のモード同期チタンサファイアレーザーからの 200 femtosecond 光パルスに対する応答として測定されました。周波数領域における放射電力は、0.35 ertzおよび0.55 ertz付近にピークを示しており、これらはボウタイアンテナの共鳴ピークに関連しています。0.1 terahertz付近のピークは、ボウタイアンテナのバイアス線によって形成されるダイポールアンテナの共鳴ピークに関連しています。本ビデオでは、プラズモニック接点電極構成を用いて、光からrah Hzへの変換効率を2桁向上させる新しい光導電rah Hz生成技術を紹介します。提示したプラズモニック光導電エミッタによるTHz放射出力の大幅な向上は、高度な化学同定、医学的画像診断、バイオセンシング、天文学、セキュリティ検査、および材料特性評価のための、将来の高感度テラヘルツ分光イメージングおよび分光計測システムにおいて非常に価値のあるものです。

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Research

JoVE Journal

Engineering

工学

ガラス基板上に多結晶シリコン薄膜太陽電池は、結晶化、欠陥のパッシベーションおよびメタライゼーションに続いてホウ素やリンをドープしたシリコン層の堆積によって製造されています。プラズモニック光トラッピングは〜45％の光電流の増強の結果、拡散反射板でキャップシリコン細胞表面上のAgナノ粒子を形成することによって導入されています。...

プラズモニック·強化されたライトトラップによる多結晶シリコン薄膜太陽電池

テラヘルツ周波数​​でメタマテリアルは、ユニークな機会を提供していますが、大量に製造するために挑戦しています。我々は、安価に工業的規模で潜在的にメタマテリアルを作製する微細構造ポリマー光ファイバの製作手順を適応させる。我々は、テラヘルツプラズモン応答を示す〜100μm程度、で区切ら〜10μmの直径インジウムワイヤを含むポリ繊維を製造する。...

ファイバー描画法を用いたメタマテリアルの作製

溝の平行平板導波路形状に基づいてテラヘルツ周波数​​に対する屈折率センサを実装するための手順を説明します。この方法は、導波路構造の共振周波数のシフトの監視を通じて少量の液体の屈折率の測定をもたらす...

平行平板導波センサを用いたテラヘルツマイクロ流体センシング

このプロトコルは、テラヘルツメタマテリアルアブソーバーのシミュレーション、製造、および特性評価の概要を示しています。このような吸収体は、適切なセンサーと組み合わせると、テラヘルツイメージングおよび分光法に応用できます。...

テラヘルツメタマテリアルアブソーバのシミュレーション、作製と評価

銀ナノワイヤーは、電子と光学情報を表面プラズモンの形で同時に輸送することができます。ここでは、このような共有回路を実現するための手順を説明し、両方の情報キャリアを伝播する際の制限を評価します。...

通電銀ナノワイヤにおけるプラズモニック輸送の評価

集中型太陽光発電システムにおける平行スペクトル分割分散素子としての高コントラスト格子の作製が実証されています。ナノインプリントリソグラフィー、TiO2スパッタリング、反応性イオンエッチングなどの製造プロセスについて説明します。反射率の測定結果は、光学性能を特徴付けるために使用されます。...

集中太陽光発電システムにおけるスペクトル分割分散素子の高コントラスト回折格子の作製

銀ナノキューブサブ10nmのギャップを有するプラズモンナノスケールのパッチアンテナの製造のコロイド合成のためのプロトコルが提供されます。...

プラズモニクスとナノフォトニクスでのアプリケーションのためのNanopatchアンテナのコロイド合成

設計および新規ナノピラーベースのスプリットリング共振器（SRR）の製造のためのプロトコルが提供されます。...

テラヘルツメタマテリアルにおける変位電流仲介共鳴のためのナノピラーベースのスプリットリング共振器の作製

コロイドのリソグラフィ技術を用いた定期金 nanocup アレイの試作、nanoplasmonic...

コロイド リソグラフィーを用いた定期的な金 Nanocup アレイの試作

このプロトコルでは、励起の決定と結合発光とブロッホのような表面プラズモン...

励起と発光と表面プラズモンのレートを結合の定量

ここで提示される銀パラジウム(Ag-Pd)合金ナノ粒子(NPs)の合成のためのプロトコルはZrO2(Ag-Pd/ZrO2)でサポートされています。可視光照射からエネルギーを収穫し、分子変換を加速・制御するシステムです。これは、Ag-Pd/ZrO2...

可視光照明下におけるプラスモニック触媒のための銀パラジウム合金ナノ粒子の調製

学ぶプラズモニック光伝導テラヘルツエミッターの設計・製作法。電子ビームリソグラフィーでナノ構造を作製し、従来型と比較して2桁の高出力向上を実現する革新的なテラヘルツ発生技術です。

プラズモニック光伝導テラヘルツエミッターの設計、製作、および実験特性

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