Name: Plasmonic의 광전 테라 헤르츠 터의 설계, 제작 및 실험 특성 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-07-08T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 54 s
Description: 학습하세요 플라즈모닉 광전도 테라헤르츠 방출기의 설계, 제작 및 특성 분석 방법을. 전자빔 리소그래피를 활용한 이 기술은 기존 방출기 대비 두 배의 차수 높은 방사 전력과 효율성을 제공하여 고감도 테라헤르츠 영상 및 분광학 연구에 활용됩니다.

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저자는 LT-갈륨 비소 기판을 제공하는 Picometrix 감사를 좋아하고 고맙게 미시간 공간 부여 컨소시엄, 닥터 존 알브레히트 (계약 # N66001-10-1-4027), NSF 경력에 의해 관리 DARPA 젊은 교수 상으로부터 재정 지원을 인정 것이다 상 박사 사미르 엘 Ghazaly (계약 # N00014-11-1-0096), 폴 박사 마키 (계약 # N00014-12-1-0947)에 의해 관리 ONR 젊은 탐정 상에 의해 관리 ARO 젊은 탐정 수상에 의해 관리 박사 데브 파머 (계약 # W911NF-12-1-0253).

1. 플라즈몬 광전 이미 터 제작 <ol><li> 플라즈몬 격자를 제조. <ol><li> 이소프로판올 (2 분) 다음에 아세톤 (2 분)에 침지하고, 탈 이온수 (10 초)로 세척하여 반도체 웨이퍼를 청소합니다. </li><li> 질소 샘플을 건조 ° C 90 초 동안 남아있는 물을 제거하기 위해 115에서 열판에 가열한다. </li><li> 45 초 동안 4,000 rpm에서 샘플을 스핀 MicroChem 950K PMMA의 A4. 전 빵은 3 분 동안 180 ° C에서 열판에 저항한다. </li><li> 전자 빔 리소그래피 도구 (JEOL JBX-6300-FS)에 샘플을로드합니다. 100 kV의 가속 전압을 사용하여, 650 μC / cm 2 정도 기본 용량으로 플라즈몬 격자 패턴을 노출합니다. </li><li> MIBK에서 샘플을 담가 PMMA 개발 : 90 초 동안 IPA 1시 3분 혼합. 바로 60 초 순수 이소프로판올 용액에 샘플을 전송합니다. </li><li> 10 초 동안 탈 이온수로 샘플을 세척 한 후 질소로 샘플을 건조. </li><li> 플라즈마 스트리퍼 (YES-CV200RFS)에 샘플을로드합니다. 디스 컴 10 초 100 sccm으로 O 2 유량 30 ° C에서 30 W RF 전력을 사용하여 샘플. </li><li> 염산에 침지하여 표면의 산화물을 제거 30 초 H 2 0 3시 10분 혼합. 즉시 4 분의 탈 이온수 헹굼 폭포에 샘플을 전송합니다. </li><li> 금속 증착하기 전에 공기 중의 산소에 대한 노출을 최소화하기 위해 증류수 비커에 샘플을 전송합니다. </li><li> 금속 증발기 (덴튼 SJ-20)에 탈 이온수에서 샘플을 포함하는 비커를 가져 가라. 챔버를 배출하고 제거 건조하고, 챔버 (이 단계는 샘플 표면의 산화물 형성을 방지하기 위해 중단없이 따라야한다)에 샘플을로드합니다. </li><li> 2 × 10 -6 Torr의 아래에 압력 챔버 펌프. 보증금 티 / AU (4백50분의 50 Å). </li><li> 챔버 환기 및 샘플을 제거합니다. </li><li> 용착 금속을 이륙하기 위해,에 테플론 홀더에 샘플을 배치아세톤 비커 커버, 하룻밤 둡니다. 비커를 발견, 초음파 교반기에 배치하고, 모든 원치 않는 금속이 (일반적으로 30 초)이 제거 될 때까지 기다립니다. </li></ol></li><li> 보증금 그런가 2 패시베이션. <ol><li> 1.1.2 - 1.1.1 단계에서와 같이 시료를 청소합니다. </li><li> 플라즈마 화학 기상 증착 도구 (GSI PECVD)에서 샘플을로드합니다. 200 ° C.에 그런가 2의 보증금 1,500 Å </li></ol></li><li> 그런가 2를 통해 문의 비아를 엽니 다. <ol><li> 1.1.2 - 1.1.1 단계에서와 같이 시료를 청소합니다. </li><li> 30 초 동안 4,000 rpm으로 HMDS에 스핀. 30 초 동안 4,000 rpm에서 Megaposit SPR 220-3.0 포토 레지스트에 스핀. 전 빵은 90 초 동안 115 ° C에서 열판에 저항한다. </li><li> 프로젝션 리소그래피 스테퍼 (GCA AutoStep 200)에 샘플 마스크 플레이트를 넣습니다. 샘플을 맞추고 노출합니다. </li><li> 90 초 동안 115 ° C에서 열판에 노출 된 포토 레지스트 후 굽는다. </li><li> 6에 대한 AZ 300 MIF 개발자에 저항 개발0 초. </li><li> 즉시 계단식으로 샘플을 이동 4 분 증류수 헹구십시오. 질소 샘플을 건조시킵니다. </li><li> 반응성 이온 식각 (LAM 9400)에 샘플을로드합니다. 500 W의 TCP RF 전력을 사용하여 에칭 그런가 2, 100 W의 바이어스 RF 전력의 15 SCCM SF6-, C 4 F 8, 그는 50 SCCM 50 SCCM, 80 초 아르의 50 SCCM. </li><li> 이소프로판올 (2 분) 다음에 아세톤 (5 분)에서 샘플을 배치하여 포토 레지스트의 대부분을 제거합니다. 탈 이온수 (10 초)에 씻어. 질소로 건조. </li><li> 플라즈마 스트리퍼 (YES-CV200RFS)에서 샘플을로드하여 잔류 포토 레지스트를 제거합니다. 5 분 100 sccm으로 O 2 유량 30 ° C에서 800 W의 RF 전력을 사용하여 포토 레지스트를 제거합니다. </li></ol></li><li> 안테나 및 바이어스 라인을 제작. <ol><li> 패턴 안테나와 바이어스 라인 1.3.6 - 1.3.1 단계를 반복합니다. </li><li> 1.1.9 표면의 산화물을 제거하는 단계 - 1.1.8를 반복합니다. </li><li> 샘플을 포함하는 비커를 타고금속 증발기 (덴튼 SJ-20)에 물을 탈 이온화. </li><li> 챔버를 배출하고 신속하게 제거 건조하고, 챔버에 샘플을로드합니다. </li><li> 2 × 10 -6 Torr의 아래에 압력 챔버 펌프. 보증금 티 / AU (10 / 4, 000). </li><li> 챔버 환기 및 샘플을 제거합니다. </li><li> 에 리프트 오프 용착 금속 단계 1.1.13를 반복합니다. </li></ol></li><li> 샘플을 포장한다. <ol><li> 접착제 8mm 구멍 2 인치 알루미늄 와셔에 12 mm 직경 하이퍼 반구형 실리콘 렌즈의 가장자리를. </li><li> 접착제 금속 흔적을 가진 PCB 보드에있는 하나의 알루미늄 와셔하려면 쉽게 납땜 할 수 있습니다. </li><li> 얇은 에폭시를 사용하여 실리콘 렌즈 제작 플라즈몬 광전 테라 헤르츠 터 프로토 타입을 장착합니다. </li><li> 같은 알루미늄 세탁기에 붙어 PCB 보드에 와이어 본드 장치 접촉 패드. </li><li> PCB 기판의 금속 트레이스 솔더 와이어. </li><li> 파라 메트릭 분석기 (휴렛 팩에 장치 접촉 패드를 연결테스트 목적으로 PCB 보드의 해당 패드에 납땜 와이어를 사용하여 ARD 4155A). </li></ol></li></ol> 2. 플라즈몬 광전 이미 터 특성 <ol><li> 장치 정렬. <ol><li> 회전 마운트에 플라즈몬 광전 테라 헤르츠 터 프로토 타입을 들고 알루미늄 와셔를 삽입하고 단단히 티에서 광학 펌프 초점 : 사파이어는 각 장치의 활성 영역에 레이저 (MIRA 900D V10 XW OPT 110V)을 모드하시오. </li><li> 광 펌프의 전기장 표면 플라즈몬 파 (플라즈몬 격자에 수직)을 효율적으로 여기에 대한 방향이되도록 회전 마운트를 조정합니다. </li><li> 동시에 각 장치에 바이어스 전압을 적용하고 각 장치에 유도 전류를 측정하는 파라미터 분석기를 사용합니다. 테스트중인 각 장치의 광전류를 극대화하여 최적의 광학 펌프 정렬 및 편광 조정을 확인합니다. </li></ol></li><li> 출력 전력 측정urement : 기털. <ol><li> 각 장치의 모드 잠금 펌프 레이저 사건에서 광학 펌프를 조절하는 광 단속기 (THORLABS MC2000)를 사용합니다. </li><li> 초전 검출기 (스펙트럼 검출기, 주식 회사 SPI-A-65 헤르츠)를 사용하여 플라즈몬 광전 테라 헤르츠 터 프로토 타입의 출력 전력을 측정합니다. </li><li> 에 잠금 낮은 소음 수준에서 테라 헤르츠 전력 데이터를 복구하려면 광학 헬기의 기준 주파수 증폭기 (스탠포드 연구 시스템 SR830). 초전 검출기의 출력에 연결 </li></ol></li><li> 방사선 스펙트럼 특성. <ol><li> 사파이어 모드 잠금 레이저 및 펌프 빔과 프로브 빔 모드 잠금 레이저의 출력을 분할 빔 스플리터를 사용 티와 함께​​ 시작합니다. </li><li> 펌프 경로의 광 빔을 변조 electrooptic 변조기 (THORLABS EO-AM-NR-C2)를 사용합니다. 테라 헤르츠 방사선을 생성하는 시험 광전 터의 활성 영역에 펌프 빔을 초점을 맞 춥니 다. </li><li> 시준첫 번째 폴리에틸렌 구형 렌즈를 사용하여 생성 된 테라 헤르츠 빔. 두 번째 폴리에틸렌 구형 렌즈를 사용하여 평행 테라 헤르츠 빔을 초점을 맞 춥니 다. </li><li> 테라 헤르츠 빔의 초점 전에, ITO 코팅 유리 필터를 사용하여 프로브 광 빔을 평행 테라 헤르츠 빔을 결합한다. </li><li> 두께 1 mm의 배치, &lt;110&gt; ZnTe 결정 광학 및 테라 헤르츠 빔의 결합 초점에서 회전 스테이지에 장착. </li><li> ZnTe 결정 내에서의 상호 작용 광학 및 테라 헤르츠 펄스 사이의 시간 지연을 변경하는 전동 리니어 스테이지 (THORLABS NRT100)를 사용하여 광학 프로브 경로 제어 광 지연 선을 삽입합니다. </li><li> 프로브 경로에 반 waveplate을 사용하여 테라 헤르츠 편광 방향에 45 ° 각도 관계에있을 광학 프로브의 편광을 회전합니다. </li><li> ZnTe 결정 후 내무반 waveplate을 사용하여, 원형 편광에 광 빔 편광 변환합니다. </li><li> circul 분할울러 프리즘에 의해 두 가지로 흘리 편광 광 빔. 잠금 앰프에 연결된 두 개의 균형 검출기를 사용하여 각 분기의 광 빔 전력을 측정한다. </li><li> 컴퓨터에 동력 지연 라인 및 잠금 앰프를 연결합니다. 반복적 동력 지연 라인, 일시 정지의 위치를​​ 이동에서 신호 크기 잠금 앰프를 읽을 매트랩 스크립트를 작성합니다. </li><li> 빛의 속도로 총 광 지연 길이를 분할을 통해 시간 영역에 무대 위치를 변환, 주파수 도메인 데이터를 얻기 위해 신중 푸리에 변환 (Matlab을 사용하여) 다음에. </li></ol></li></ol>

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<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>

관심 없음 충돌 선언하지 않습니다.

이 비디오 문서에서는, 우리는 두 자릿수로 광학 - 투 - 테라 헤르츠 변환 효율을 향상시키기 위해 플라즈몬 접촉 전극 구성을 사용하는 새로운 광전 테라 헤르츠 생성 기법을 제시한다. 제시 플라즈몬 광전 방출에서 테라 헤르츠 방사선 힘의 상당한 증가는 미래의 고감도 테라 헤르츠 이미징, 분광 분석계 시스템의 고급 화학 물질 식별에 사용되는 의료 영상, 생물 감지, 천문학, 대기 감지, 보안 검사, 그리고 매우 가치가있다 재료의 특성. 이 비디오 문서의 초점은 초고속 광 전도체에 의한 광전류 향상에 플라즈몬 전극의 영향을 시연되었으며이 광전 테라 헤르츠 터에서 테라 헤르츠 복사 전력. 따라서, 광전 터 아키텍처의 선택은 테라 헤르츠 안테나를 발산하고, 바이어스 공급이 데모에서 임의 왔으며, 개선 개념은 유사의 interdigitated 접촉 전극뿐만 아니라 대 면적 광전 테라 헤르츠 터와와없는 테라 헤르츠 안테나의 다양한 광전 테라 헤르츠 방출의 방사 능력을 향상시키기 위해 적...

우리는 두 자릿수로 광학 - 투 - 테라 헤르츠 변환 효율을 향상시키기 위해 플라즈몬 접촉 전극 구성을 사용하는 새로운 광전 테라 헤르츠 방출을 제시한다. 우리의 기술은 높은 양자 효율 및 기존 컨덕터의 초고속 동작 사이의 고유 트레이드 오프에서 발생한 기존의 광전 테라 헤르츠 방출, 즉 낮은 출력 전력과 빈약 한 전력 효율성의 가장 중요한 한계를 해결합니다. 이 도약의 성능 향상을 주도 우리 디자인의 핵심 못하던 중 하나는 접촉 전극에 근접의 사진에서 생성 된 캐리어의 큰 숫자를 축적 접촉 전극 구성을 설계하는 것입니다 그들은 내에서 수집 할 수 있도록 하위 피코 척도. 즉, 현상기 초고속 동작과 높은 양자 효율 사이의 절충은 사진 속의 공간 조작에 의해 완화됩니다테드 항공사. 플라즈몬 접촉 전극 (1) 플라즈몬 전극 (회절 한계 이상), 금속 접촉에서 (2) 특별한 빛의 향상 및 반도체 인터페이스 10, 11 사진 흡수 사이의 나노 장치의 활성 영역으로 빛을 구속함으로써이 독특한 기능을 제공합니다. 우리의 솔루션의 또 다른 중요한 특성은 테라 헤르츠 방사 안테나 기생 로딩에 상당한 증가없이 큰 컨덕터 활동 영역을 수용한다는 것입니다. 활용하여 대형 현상기 활동 영역은 기존의 광전 방출에서 최대 방사 전력에 대한 궁극적 인 제한 사항 캐리어 검진 효과 및 열 분해를 완화 수 있습니다. 이 비디오 문서는 지배 물리학, 수치 모델링 및 실험 검증을 설명하여 우리 제시된 솔루션의 고유 한 속성에 집중되어있다. 우리는 실험적 플라즈몬 phot 50 배 이상 높은 테라 헤르츠 능력을 보여비 플라즈몬 접촉 전극과 유사한 광전 이미 터와 비교 oconductive 터.

<table><tbody><tr><td colspan="4">Reagent</</td></tr><tr><td>strong>Polymethyl Methacrylate (PMMA)</td><td>MicroChem</td><td>950K PMMA A4</td><td></td></tr><tr><td>Hexamethyldisilazane (HMDS)</td><td>Shin-Etsu MicroSI</td><td>MicroPrime HP Primer</td><td></td></tr><tr><td>Optical Photoresist</td><td>Dow Chemical</td><td>Megaposit SPR 220-3.0</td><td></td></tr><tr><td>Photoresist Developer</td><td>AZ Electronic Materials</td><td>AZ 300 MIF 개발자</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</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; lectric 검출기</td><td>스펙트럼 검출기</td><td>SPI-A-65 THz</td><td></td></tr><tr><td>전자빔 리소그래피 도구</td><td>JEOL</td><td>JBX-6300-FS</td><td></td></tr><tr><td>플라즈마 스트리퍼</td><td>수율 엔지니어링 시스템</td><td>YES-CV200RFS</td><td></td></tr><tr><td>금속 증발기</td><td>Denton Vacuum</td><td>SJ-20</td><td></td></tr><tr><td>플라즈마 강화 화학 기상 증착 도구 </td><td>GSI</td><td>GSI PECVD 시스템</td><td></td></tr><tr><td>프로젝션 리소그래피 스테퍼</td><td>GCA</td><td>AutoStep 200</td><td></td></tr><tr><td>반응성 이온 에칭기</td><td>LAM Research</td><td>9400</td><td></td></tr><tr><td>파라미터 분석기</td><td>Hewlett Packard</td><td>4155A</td><td></td></tr><tr><td>광 초퍼</td><td>Thorlabs</td><td>MC2000</td><td></td></tr><tr><td>락인 증폭기</td><td>Stanford Research Systems</td><td>SR830</td><td></td></tr><tr><td>전기 광학 변조기</td><td>Thorlabs</td><td>EO-AM-NR-C2</td><td></td></tr><tr><td>전동 선형 스테이지</td><td>Thorlabs</td><td>NRT100</td><td></td></tr></tbody></table>

plasmonic의 광전 테라 헤르츠 터의 설계, 제작 및 실험 특성

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

이 비디오 문서에서 우리는 테라 헤르츠 파를 생성하기위한 매우 효율적인 방법에 대한 자세한 논증을 제시한다. 우리의 기술은 테라 헤르츠 발생 1-8에 가장 일반적으로 사용되는 기술 중 하나가되었습니다 photoconduction을 기반으로하고 있습니다. 광전 터의 테라 헤르츠 세대 펄스 또는 heterodyned 레이저 조명 초고속 컨덕터를 펌핑에 의해 달성된다. 펌프 레이저의 봉투를 다음에 의한 광전류는, 테라 헤르츠 방사선을 생성하는 현상기 접촉 전극에 연결되어 테라 헤르츠 방사 안테나로 라우팅됩니다. 광전 터의 양자 효율은 이론적으로 100 %에 도달 할 수 있지만, 기존 컨덕터의 접촉 전극에 사진 생성 된 캐리어의 비교적 긴 전송 경로 길이는 심각하게 자신의 양자 효율을 제한했다. 또한, 캐리어 심사 효과 및 열 분해 엄격히 최대 출력 P를 제한타워를 기존의 광전 테라 헤르츠 소스. 기존의 광전 테라 헤르츠 방출의 양자 효율의 한계를 해결하기 위해, 우리는 동시에 높은 양자 효율과 초고속 동작을 제공하는 플라즈몬 접촉 전극 구성을 통합하는 새로운 광전 에미 터 개념을 개발했습니다. 나노 스케일 플라즈몬 접촉 전극을 사용하여, 우리는 크게 기존의 포토 컨덕터의 10에 비해 현상기 접촉 전극 평균 사진 생성 된 캐리어 전송 경로를 줄일 수 있습니다. 우리의 방법은 높은 광학 펌프 파워의 캐리어 검진 효과와 열 파괴를 방지하여 최대 테라 헤르츠 방사선 힘을 증폭 안테나 용량 성 부하에 상당한 증가없이 증가 컨덕터 활성 영역을 허용합니다. 통합 플라즈몬 접촉 전극으로, 우리는 기존의 광전 테의 광학 - 투 - 테라 헤르츠 전력 변환 효율을 향상을 보여주는50 10의 요인에 의해 rahertz 이미 터.

전극을 접촉하는 캐리어 전송 시간을 줄이기 위해 플라즈몬 접촉 전극을 통합하는 기존의 (그림 1a)와 플라즈몬 (그림 1b) 광전 이미 터 : 테라 헤르츠 파워 향상을위한 플라즈몬 전극의 잠재력을 입증하기 위해, 우리는 2 테라 헤르츠 이미 터를 제작. 두 디자인은 같은 LT-갈륨 비소 기판 상에 제작 된 각각 100 μM, 30 μM, 최대 및 최소 폭이 60 μm의 긴 보우 안테나에 연결된 양극과 음극 접점 사이에 20 μm의 차이와 초고속 컨덕터,로 구성되어 있습니다. 플라즈몬 광전 이미 터 보우 안테나의 입력 포트에 두 개의 나노 플라즈몬 연락처 격자를 포함합니다. 평균 PH를 최소화하기 위해 플라즈몬 전극 사이의 간격을 최소화하면서 최적의 플라즈몬 접촉 전극 구성에 대한 디자인 전략은 사진을 흡수하는 기판에 광 펌프 전송을 극대화접촉 전극 캐리어 전송 경로의 길이를 OTO 생성. 우리는 사건 광학 펌프 설계 플라즈몬 접촉 전극 컨덕터의 반응을 추정하는 다중 ...

우리는 디자인, 제조, 종래의 광전 에미 터에 비해 크기 높은 테라 헤르츠 파워 레벨의 두 가지 명령을 제공 플라즈몬 광전 방출의 실험 특성화하는 방법을 설명합니다.

Plasmonic의 광전 테라 헤르츠 터의 설계, 제작 및 실험 특성

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

이 절차의 전반적인 목표는 테라헤르츠 방사선을 생성하는 고효율 방법을 시연하는 것입니다. 이는 광전도 테라헤르츠 방사체에 플라스모닉 접촉 전극을 통합함으로써 높은 양자 효율과 초고속 소자 동작을 동시에 구현함으로써 달성됩니다. 첫 번째 단계는 전자빔 리소그래피를 사용하여 플라스모닉 광전도 방사체 프로토타입을 제작하는 것입니다.다음으로, 구현된 이미터 프로토타입의 방사 전력을 측정하고, 플라스몬 전극이 없는 동일한 기존의 광전도 헤르츠 이미터와 비교합니다. 마지막 단계는 플라스몬 광전도 헤르츠 이미터 프로토타입에서 방출되는 방사선의 분광 특성을 분석하는 것입니다. 최종적으로, 광전도 이미터에 플라스몬 전극을 통합함으로써 방사 전력과 효율을 두 자릿수(two orders of magnitude)만큼 향상시킬 수 있음을 보여주는 결과가 도출됩니다.이 방법은 기존의 전도성 테라헤르츠(TERs) 방출기의 주요 한계점인 높은 양자 효율과 초고속 동작 사이의 상충 관계를 해결하는 데 도움이 될 수 있습니다. 기존의 광전도 테라헤르츠 방출기는 초고속 광전도체와 통합된 테라헤르츠 안테나로 구성됩니다.테라헤르츠 주파수 성분을 가진 광 펌프 빔이 초고속 광도체에 집중될 때, 이 안테나에서 전류가 생성됩니다. 이 빔은 광 펌프의 포락선에 비례하는 속도로 광 캐리어를 생성합니다. 바이어스 전계가 인가되면 광 캐리어가 접촉 전극을 향해 드리프트하며 안테나에 전원을 공급하고, 테라헤르츠 방사선을 발생시킵니다.플라스모닉 테라헤르츠 방출기가 기존의 광전도성 테라헤르츠 방출기보다 갖는 주요 장점은, 플라스모닉 접촉 전극에 매우 인접한 영역에 훨씬 더 많은 수의 광생성 전하 운반체를 축적할 수 있다는 점입니다. 이렇게 축적된 전하 운반체는 서브 피코초 시간 규모 내에 테라헤르츠 안테나로 드리프트할 수 있습니다. 플라스모닉 접촉 전극은 나노 규모의 소자 활성 영역 내에 빛을 가둘 수 있게 하며, 금속 접촉부와 광 흡수 반도체 계면에서 탁월한 빛 증강 효과를 제공함으로써 이러한 더 높은 전하 운반체 축적을 가능하게 합니다.플라즈모닉 광전도 테라헤르츠 방출기를 구현하려면, 먼저 전자빔 리소그래피 후 금속 증착 및 리프트오프 공정을 통해 나노스케일 플라즈모닉 접촉 전극을 패턴합니다. 다음으로, 플라즈마 강화 화학 기상 증착법을 사용하여 이산화규소 절연층을 증착하고, 광 리소그래피와 건식 플라즈마 식각을 이용해 이산화규소 층에 접촉 비아를 식각합니다. 마지막으로, 광 리소그래피 후 금속 증착 및 리프트오프 공정을 통해 안테나와 바이어스 라인을 패턴합니다.본 연구실의 대학원생인 Christopher Berry가 격자 특성 분석 절차를 시연하겠습니다. 플라스모닉 격자를 제작한 후에는 이를 패키징하고 특성을 분석해야 합니다. 장치는 알루미늄 와셔에 부착된 실리콘 렌즈 위에 장착한 다음, 회전 마운트에 배치합니다.티타늄 사파이어 모드 잠금 레이저의 광 펌프 빔을 장치의 활성 영역에 정밀하게 집속합니다. 표면 플라스몬 파동을 효율적으로 여기시키기 위해 광 펌프의 전기장이 플라스모닉 그레이팅에 수직이 되도록 회전 마운트를 조정합니다. 이제 파라메트릭 분석기를 사용하여 장치에 바이어스 전압을 인가함과 동시에 유도된 전류를 측정합니다.소자의 광전류를 최대화하여 펌프 정렬과 편광을 최적화하십시오. 출력 전력을 측정하려면 광학 초퍼를 사용하여 소자에 입사되는 모드 잠금 펌프 레이저 빔을 변조하십시오. 파이로전기 검출기의 출력을 락인 증폭기에 연결하십시오.광학 초퍼(optical chopper)의 기준 주파수를 사용하여 파이로전기 검출기(pyroelectric detector)로 플라스모닉 테라헤르츠 이미터 프로토타입의 출력 전력을 측정하십시오. 티타늄 사파이어 모드 잠금 레이저(titanium sapphire mode locked laser)에서 빔을 가져온 다음, 빔 스플리터(beam splitter)를 사용하여 이를 펌프 빔과 프로브 빔으로 분리함으로써 분광 특성 분석을 시작하십시오. 전기 광학 변조기(electro optic modulator)를 사용하여 펌프 경로의 빔을 변조하십시오. 펌프 빔을 테스트 대상 이미터의 활성 영역에 집중시키십시오.테라헤르츠 방사선을 생성하려면, 폴리에틸렌 구면 렌즈를 사용하여 생성된 테라헤르츠 빔을 테라헤르츠 빔의 초점면 이전의 한 점에 집속시키고, 인듐 주석 산화물 코팅 유리 필터를 사용하여 이를 광학 프로브 빔과 결합한 뒤, 회전 스테이지에 1 mm 두께의 텔루르화 아연 결정을 장착하십시오. 이를 광학 빔과 테라헤르츠 빔의 공통 초점에 배치하여 텔루르화 아연 결정 내에서 상호작용하는 광학 펄스와 테라헤르츠 펄스 사이의 시간 지연을 조절하십시오. 전동 리니어 스테이지를 사용하여 광학 프로브 경로에 제어 가능한 광학 지연선을 삽입하십시오.프로브 빔 경로에 반파장판을 사용하여 광학 프로브의 편광을 ertz 편광 방향에 대해 45도 회전시킵니다. 다음으로, 텔루르화 아연 결정 뒤에 사분파장판을 사용하여 광학 빔 편광을 원편광으로 변환합니다. 그런 다음 월린 프리즘을 사용하여 원편광된 광학 빔을 두 개의 분기로 나눕니다.락인 증폭기에 연결된 두 개의 균형 검출기를 사용하여 각 분기에서의 광빔 출력을 측정하십시오. 실험 제어 및 데이터 수집을 위해, 모터 구동 지연선을 반복적으로 이동시키도록 프로그래밍된 컴퓨터에 모터 구동 지연선과 락인 증폭기를 연결하십시오.잠시 멈추고 락인 앰플리파이저(lock-in amplifier)의 데이터를 읽으십시오. 여기에 표시된 앰플리파이저는 제작 및 테스트된 기존의 왼쪽 이미터와 플라스모닉 오른쪽 이미터의 예시입니다. 차이점은 오른쪽 삽입도의 입사광 이미지에서 보는 바와 같이, 플라스모닉 이미터는 보타이 안테나의 입력 포트에 두 개의 나노스케일 플라스모닉 접촉 그레이딩(contact gradings)을 포함하고 있다는 점입니다.각 제작된 소자에 광 펌프를 정밀하게 집속시키고, 방사 전력을 최대화하기 위해 애노드 접촉 전극 근처에 배치하였습니다. 또한, 방사 전력을 최대화하도록 각 소자에 대한 광 전기장의 방향을 선택하였습니다. 파란색으로 표시된 것은 광 펌프 출력에 따른 플라즈모닉 테라헤르츠 방출기의 측정된 테라헤르츠 방사 전력입니다.빨간색 곡선은 기존의 이미터에 해당하며, 세로축은 로그 스케일입니다. 삽입도는 동일한 색상 체계를 사용하여 광 펌프 출력에 따른 광전류를 보여줍니다. 상당한 방사 출력 향상은 플라스모닉 접촉 전극을 사용할 때 생성되는 더 높은 광전류 수준 때문입니다.여기서는 다양한 바이어스 전압 및 광 펌핑 출력에 따른 테라헤르츠 방사 출력 측정값을 수집된 광전류에 대해 도식화하였습니다. 여기서 파란색은 플라스모닉 방출기를, 빨간색은 기존 방출기를 나타냅니다. 모든 데이터 포인트는 기울기가 2인 동일한 직선으로 곡선 피팅되었습니다.이는 방사 전력이 유도 광전류에 이차적으로 의존한다는 점과, 두 이미터의 모든 작동 조건 및 안테나 특성이 동일하다는 사실을 확인시켜 줍니다. 플라즈모닉 헤르츠 이미터에서 방출된 헤르츠 전력과 기존 헤르츠 이미터에서 방출된 전력의 비율로 정의되는 헤르츠 전력 증강이 낮은 광 펌핑 전력 수준과 30 V의 바이어스 전압에서 서로 다른 광 펌핑 전력 수준에 따른 바이어스 전압의 함수로 여기에 표시되어 있으며, 최대 50배의 출력 전력 증강 계수가 관찰됩니다. 증강 계수는 더 높은 광 펌핑 전력 수준과 더 높은 전압에서 약간 감소합니다.이는 캐리어 차폐 효과(carrier screening effect)로 설명될 수 있는데, 플라스모닉 광전도체는 더 많은 광전류를 생성하고 더 많은 수의 전자-정공 쌍을 분리하므로 이 효과의 영향을 더 많이 받게 됩니다. 이 그래프는 플라스모닉 광전도 방출기에서 시간 영역으로 측정된 복사 전력을 보여줍니다. 이는 중심 파장 800 nanometer 및 반복률 76 megahertz의 모드 잠금 티타늄 사파이어 레이저에서 출력된 200 femtosecond 광 펄스에 대한 반응으로 측정되었습니다.주파수 영역에서의 복사 전력은 보우타이 안테나의 공진 피크와 관련된 0.35 ertz 및 0.55 ertz 부근의 피크를 보여줍니다. 0.1 terahertz 부근의 피크는 보우타이 안테나 바이어스 라인에 의해 형성된 다이폴 안테나의 공진 피크와 관련이 있습니다. 본 영상에서는 플라스모닉 접촉 전극 구성을 사용하여 광-rah Hz 변환 효율을 두 자릿수만큼 향상시킨 새로운 광도전성 rah Hz 생성 기술을 제시합니다.제시된 플라스몬 광도전 방출기로부터 발생한 rah Hz 복사 출력의 상당한 증가는 고도의 화학적 식별, 의료 영상, 생물학적 센싱, 천문학, 보안 검색 및 재료 특성 분석을 위한 미래의 고감도 테라헤르츠 이미징 분광법 및 분광 분석 시스템에 매우 가치 있는 결과입니다.

design-fabrication-experimental-characterization-plasmonic

Research

연구

JoVE Journal

Engineering

공학

유리에 다결정 실리콘 박막 태양 전지는 crystallisation, 결함 패시베이션 및 metallisation 다음 붕소 및 인 도핑된 실리콘 레이어 증착에 의해 조작된다. 가벼운 트래핑 Plasmonic은 ~ 45 % photocurrent 향상의 결과로 확산 반사판으로 공을 실리콘 전지 표면에 자세의 nanoparticles을 형성하여 소개하고 있습니다.

Plasmonic 강화된 라이트 - 트래핑과 다결정 실리콘 박막 태양 전지

terahertz 주파수에서 Metamaterials는 독특한 기회를 제공하지만, 대량으로 제조하는 도전입니다. 우리는 저렴한 비용으로 산업 규모의 잠재적 metamaterials를 조작 할 수 microstructured 폴리머 광섬유의 제조 절차를 적응. 우리는 terahertz plasmonic 응답을 전시 ~ 100 μm로 구분 ~ 10 μm의 직경 인듐 와이어를 포함하는 polymethylmethacrylate 섬유를 생산하고 있습니다.

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홈 붙이 병렬 판 도파관의 형상에 따라 terahertz 주파수에 대한 굴절률 센서를 구현하기위한 절차는 여기에 설명되어 있습니다. 방법은 도파관 구조의 공진 주파수의 변화의 모니터링을 통해 액체의 작은 볼륨의 굴절률의 측정을...

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집중 광전지 시스템에서 병렬 스펙트럼 분할 분산 소자로 고대비 격자의 제작이 시연됩니다. 나노임프린트 리소그래피,TiO2 스퍼터링 및 반응성 이온 에칭을 포함한 제조 공정에 대해 설명합니다. 반사율 측정 결과는 광학 성능을 특성화하는 데 사용됩니다.

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우리는 콜 로이드 석판 기법을 사용 하 여 정기적 금 nanocup 배열의 제조를 설명 하 고 nanoplasmonic 영화의 중요성을 논의.

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여기 및 빛 방출 및 표면 플라스몬 Polaritons 사이 요금 커플링

여기에 제시된 은 팔라듐(Ag-Pd) 합금 나노입자(NPs)의 합성을 위한 프로토콜이 ZrO 2(Ag-Pd/ZrO2)에서지원된다. 이 시스템은 가시광선 조사에서 에너지를 수확하여 분자 변환을 가속화하고 제어할 수 있도록 합니다. 이것은 Ag-Pd/ZrO2 NPs에 의해 촉매화된 빛 조사에서 니트로벤젠 감소에 의해 삽화됩니다.

가시광선 조명 아래 플라스모닉 촉매용 실버 팔라듐 합금 나노 입자 의 준비

학습하세요 플라즈모닉 광전도 테라헤르츠 방출기의 설계, 제작 및 특성 분석 방법을. 전자빔 리소그래피를 활용한 이 기술은 기존 방출기 대비 두 배의 차수 높은 방사 전력과 효율성을 제공하여 고감도 테라헤르츠 영상 및 분광학 연구에 활용됩니다.

Plasmonic의 광전 테라 헤르츠 터의 설계, 제작 및 실험 특성

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