Name: Ontwerp, fabricage en karakterisatie van Plasmonische Fotogeleidende Terahertz emitters (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-07-08T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 54 s
Description: Leer plasmonische fotogeleidende terahertz-emitters te ontwerpen en te fabriceren met elektronenbundellithografie. Deze methode verhoogt de stralingskracht en efficiëntie met twee ordes van grootte voor geavanceerde toepassingen.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

De auteurs willen graag Picometrix bedanken voor het verstrekken van de LT-GaAs-substraat en zeer erkentelijk voor de financiële steun van Michigan Space Grant Consortium, DARPA Young Faculty Award beheerd door Dr John Albrecht (contract # N66001-10-1-4027), NSF CARRIÈRE Award beheerd door dr. Samir El-Ghazaly (contract # N00014-11-1-0096), ONR Young Investigator Award beheerd door dr. Paul Maki (contract # N00014-12-1-0947), en ARO Young Investigator Award beheerd door Dr Dev Palmer (contract # W911NF-12-1-0253).

1. Plasmonische Fotogeleidende Emitter Fabrication <ol><li> Fabriceren plasmonische roosters. <ol><li> Reinig de halfgeleiderplak door onderdompeling in aceton (2 min), gevolgd door isopropanol (2 min), en spoelen met gedeïoniseerd water (10 sec). </li><li> Droog het monster met stikstof en verwarmen op een verwarmingsplaat bij 115 ° C gedurende 90 seconden om het resterende water te verwijderen. </li><li> Spin MicroChem 950K PMMA A4 op het monster bij 4000 rpm gedurende 45 sec. Pre-bak de resist op een verwarmingsplaat bij 180 ° C gedurende 3 minuten. </li><li> Plaats het monster in een elektronenstraal lithografie gereedschap (JEOL JBX-6300-FS). Expose de plasmonische rooster patroon op een basis dosis rond 650 uC / cm 2, met behulp van een 100 kV acceleratie spanning. </li><li> Ontwikkelen PMMA door onderdompeling van het monster in een MiBK: IPA 01:03 mengsel gedurende 90 sec. Onmiddellijk over het monster aan een oplossing van zuivere isopropanol gedurende 60 sec. </li><li> Spoel het monster met gedemineraliseerd water gedurende 10 seconden en droog het monster met stikstof. </li><li> Laad het monster in een plasma stripper (JA-CV200RFS). Descum het monster met 30 W RF-vermogen bij 30 ° C met een 100 SCCM O 2 debiet gedurende 10 sec. </li><li> Verwijder oppervlak oxide door onderdompeling in een HCl: H 2 0 03:10 mengsel gedurende 30 sec. Onmiddellijk over het monster op een cascade spoeling van gedeïoniseerd water gedurende 4 minuten. </li><li> Breng het monster in een bekerglas gedeïoniseerd water blootstelling aan luchtzuurstof voor metaalafzetting minimaliseren. </li><li> Neem bekerglas met het monster in gedeïoniseerd water op een metalen verdamper (Denton SJ-20). Ontlucht de kamer en vervolgens te verwijderen, drogen en plaats het monster in de kamer (deze stappen moeten worden gevolgd zonder onderbreking aan de oppervlakte oxidevorming op het monster te voorkomen). </li><li> Pomp de kamer tot een druk beneden 2x10 -6 Torr. Aanbetaling Ti / Au (50/450 Å). </li><li> Ontlucht de kamer en verwijder het monster. </li><li> Om loskomen het afgezette metaal, Plaats het monster op een Teflon houder in eenbeker van aceton, te dekken, en laat het een nacht. Ontdek het bekerglas, plaats het in een ultrasone agitator, en wachten totdat alle ongewenste metaal wordt verwijderd (meestal 30 seconden). </li></ol></li><li> Aanbetaling SiO 2 passiveren. <ol><li> Reinig de steekproef als in stap 1.1.1 - 1.1.2. </li><li> Laad het monster in een plasma-geassisteerde chemische damp depositie gereedschap (GSI PECVD). Borg 1500 Å SiO2 bij 200 ° C. </li></ol></li><li> Open aansluitverbindingen door SiO 2. <ol><li> Reinig de steekproef als in stap 1.1.1 - 1.1.2. </li><li> Spin op HMDS bij 4.000 tpm gedurende 30 sec. Spin op Megaposit SPR 220-3,0 fotolak bij 4.000 tpm gedurende 30 sec. Pre-bak de resist op een verwarmingsplaat bij 115 ° C gedurende 90 sec. </li><li> Laad het monster en masker plaat in projectie lithografie stepper (GCA autostep 200). Lijn de steekproef en bloot. </li><li> Post-bak de blootgestelde fotoresist op een verwarmingsplaat bij 115 ° C gedurende 90 sec. </li><li> Ontwikkelen weerstaan ​​AZ 300 MIF-ontwikkelaar voor 60 sec. </li><li> Onmiddellijk naar het monster tot een cascade spoeling van gedemineraliseerd water gedurende 4 minuten. Droog het monster met stikstof. </li><li> Laad het monster in een reactief ion etser (LAM 9400). Etch SiO 2 met behulp van een TCP RF-vermogen van 500 W, een Bias RF-vermogen van 100 W, 15 sccm SF6-, 50 sccm C 4 F 8, 50 sccm Hij, 50 sccm Ar voor 80 sec. </li><li> Verwijder het grootste deel van de fotoresist door het plaatsen van het monster in aceton (5 min), gevolgd door isopropanol (2 min). Spoelen in gedemineraliseerd water (10 sec). Drogen met stikstof. </li><li> Verwijder de resterende fotolak door het laden van het monster in een plasma stripper (JA-CV200RFS). Verwijder het fotoresist met 800 W RF-vermogen bij 30 ° C met 100 sccm O2 debiet gedurende 5 minuten. </li></ol></li><li> Fabriceren antennes en vooringenomenheid lijnen. <ol><li> Herhaal de stappen 1.3.1 - 1.3.6 tot patroon antennes en vooringenomenheid lijnen. </li><li> Herhaal de stappen 1.1.8 - 1.1.9 aan de oppervlakte oxide te verwijderen. </li><li> Neem het bekerglas met het monster engedeïoniseerd water op een metalen verdamper (Denton SJ-20). </li><li> Ontlucht de kamer en dan snel te verwijderen, drogen en plaats het monster in de kamer. </li><li> Pomp de kamer tot een druk beneden 2x10 -6 Torr. Aanbetaling Ti / Au (10/4, 000 Å). </li><li> Ontlucht de kamer en verwijder het monster. </li><li> Herhaal stap 1.1.13 tot lift-off het afgezette metaal. </li></ol></li><li> Verpak het monster. <ol><li> Lijm de randen van een 12 mm diameter hyper-hemisferische lens silicium een ​​2 inch aluminium ring met 8 mm gat. </li><li> Lijm een ​​printplaat met metalen sporen, waaraan men gemakkelijk solderen, aan de aluminium ring. </li><li> Monteer de gefabriceerde plasmonische fotogeleidende terahertz emitter prototypes op de silicium lens met behulp van dunne epoxy. </li><li> Wire bond het apparaat contactvlakken een printplaat gelijmd op dezelfde aluminium ring. </li><li> Solderen draden aan de metalen sporen op de printplaat. </li><li> Sluit het apparaat contactvlakken een parametrische analyser (Hewlett Packard 4155A) met draden gesoldeerd aan de overeenkomstige elektroden van de printplaat voor testdoeleinden. </li></ol></li></ol> 2. Plasmonische Fotogeleidende Emitter Karakterisering <ol><li> Uitlijning apparaat. <ol><li> Plaats de aluminium ring die de plasmonische fotogeleidende terahertz emitter prototypes op een rotatie-mount en strak richten de optische pomp uit een Ti: Sapphire mode-locked laser (MIRA 900D V10 XW OPT 110V) op het actieve gebied van elk apparaat. </li><li> Stel de rotatie constructie zo dat het elektrische veld van de optische pomp georiënteerd voor efficiënte excitatie van oppervlakplasmagolven (loodrecht op de plasmon roosters). </li><li> Gebruik de parametrische analysator om gelijktijdig voorspanningen toepassing op elk apparaat en meten van de geïnduceerde elektrische stroom in elk apparaat. Bevestigen de optimale optische uitlijning pomp en polarisatie aanpassing door het maximaliseren van de fotostroom van elk apparaat te testen. </li></ol></li><li> Uitgangsvermogen MMOurement. <ol><li> Gebruik een optische chopper (Thorlabs MC2000) om de optische pomp moduleren van de mode-locked pomplaser incident op elk apparaat. </li><li> Meet het uitgangsvermogen van de plasmonische fotogeleidende terahertz emitter prototypes met behulp van een pyro-elektrische detector (Spectrum Detector, Inc SPI-A-65 THz). </li><li> Verbind de uitgang van de pyro-elektrische detector aan een lock-in versterker (Stanford Research Systems SR830) met de optische chopper&#39;s referentie-frequentie naar terahertz stroom gegevens te herstellen op een laag geluidsniveau. </li></ol></li><li> Straling spectrale karakterisering. <ol><li> Begin met een Ti: saffier mode-locked laser en gebruik een bundelsplitser met de uitgang van de mode-locked laser in een pompbundel en een testbundel splitsen. </li><li> Gebruik een elektro-optische modulator (Thorlabs EO-AM-NR-C2) te moduleren de optische bundel in de pomp weg. Focus de pomp bundel op het actieve gebied van de foto-emitter te testen om terahertz straling genereren. </li><li> Collimerende gegenereerde terahertz bundel met behulp van een eerste polyethyleen sferische lens. Focus de gecollimeerde terahertz bundel met behulp van een tweede polyethyleen sferische lens. </li><li> Vóór de focus van de bundel terahertz, combineer de gecollimeerde bundel met de terahertz probe optische bundel met een ITO bekleed glas filter. </li><li> Plaats een 1 mm dik, &lt;110&gt; ZnTe kristal gemonteerd op een rotatie podium op de gecombineerde focus van de optische en terahertz bundel. </li><li> Plaats een regelbare optische vertraging lijn in de optische sonde pad met behulp van een gemotoriseerde lineaire fase (Thorlabs NRT100) om de vertraging tussen de optische en terahertz pulsen interactie binnen het ZnTe kristal variëren. </li><li> Met een halve golfplaat in de probe pad roteren de polarisatie van de optische sonde om bij een 45 ° hoek ten opzichte van de terahertz polarisatierichting. </li><li> Gebruik een kwart-golfplaat na de ZnTe kristal, zetten de optische bundel polarisatie in circulaire polarisatie. </li><li> Splits de circularly gepolariseerde optische bundel in twee takken door een Wollaston prisma. Meet de optische bundel stroom in elke tak met twee gebalanceerde detectoren aangesloten op een lock-in versterker. </li><li> Sluit de gemotoriseerde vertraging lijn en lock-in versterker naar een computer. Schrijf een Matlab script om iteratief te verplaatsen van de positie van de gemotoriseerde vertraging lijn, pauzeren, en lees het signaal magnitude van de lock-in versterker. </li><li> Zet de etappe standpunt het tijddomein door het verdelen van de totale optische vertraging lengte van de lichtsnelheid, gevolgd door een discrete Fourier transformatie (Matlab) naar het frequentiedomein data verkrijgen. </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>

Geen belangenconflicten verklaard.

In deze video artikel, presenteren we een nieuwe fotogeleidende terahertz generatie techniek die een plasmonische contact elektrode configuratie gebruikt om de optische-to-terahertz omzettingsrendement te verhogen door twee ordes van grootte. De aanzienlijke stijging van de terahertz straling kracht van de gepresenteerde plasmonische fotogeleidende emitters is zeer waardevol voor toekomstige hoge gevoeligheid terahertz imaging, spectroscopie en spectrometrie systemen die worden gebruikt voor geavanceerde chemische ident...

We presenteren een nieuwe fotogeleidende terahertz emitter dat een plasmonische contact elektrode configuratie gebruikt om de optische-to-terahertz omzettingsrendement te verhogen door twee ordes van grootte. Onze techniek richt zich op de belangrijkste beperkingen van conventionele fotogeleidende terahertz vervuilers, namelijk lage uitgangsvermogen en een slechte energie-efficiëntie, die afkomstig zijn van de inherente afweging tussen hoge quantum efficiency en ultrasnelle werking van conventionele fotogeleiders. Een van de belangrijkste nieuwigheden in ons ontwerp die tot deze haasje prestatieverbetering is een contactelektrode configuratie die een groot aantal foto-gegenereerde dragers in de nabijheid van de contactelektroden, accumuleert zodanig te ontwerpen dat ze kunnen worden verzameld in een sub- picoseconde tijdschaal. Met andere woorden, wordt de afweging tussen fotogeleider ultrasnelle werking en hoge kwantumefficiëntie afgezwakt door ruimtelijke manipulatie van de foto-generated dragers. Plasmonische contactelektroden bieden deze unieke mogelijkheid door (1) waardoor het licht opsluiting in nanoschaal apparaat actieve gebieden tussen de plasmonische elektroden (buiten diffractie limiet), (2) buitengewone lichte verbetering in de metaal contact en foto-absorberende halfgeleider-interface 10, 11. Een ander belangrijk kenmerk van onze oplossing is dat het herbergt grote fotoconductor actieve gebieden zonder een aanzienlijke verhoging van de parasitaire belasting aan de terahertz stralende antenne. Gebruik makend van grote fotoconductor actieve gebieden kunnen verzachten van de screening op dragerschap effect en thermische afbraak, waardoor de uiteindelijke beperkingen voor de maximale straling die gebruikmaken van traditionele fotogeleidende vervuilers zijn. Deze video artikel is geconcentreerd op de unieke eigenschappen van onze oplossing gepresenteerd door het beschrijven van de regerende fysica, numerieke modellering en experimentele verificatie. We experimenteel aan te tonen 50 maal hoger terahertz machten uit een plasmonische photoconductive emitter in vergelijking met een vergelijkbaar fotogeleidend emitter met niet-plasmon-contact elektroden.

<table><tbody><tr><td colspan="4">Reagens</td></tr><tr><td>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 Developer</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">Apparatuur</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;lectrische Detector</td><td>Spectrum Detector</td><td>SPI-A-65 THz</td><td></td></tr><tr><td>Elektronenstraal Lithografie Tool</td><td>JEOL</td><td>JBX-6300-FS</td><td></td></tr><tr><td>Plasma Stripper</td><td>Yield Engineering Systems</td><td>YES-CV200RFS</td><td></td></tr><tr><td>Metaal Verdamper</td><td>Denton Vacuum</td><td>SJ-20</td><td></td></tr><tr><td>Plasma Verbeterde Chemische Damp Afzetting Tool </td><td>GSI</td><td>GSI PECVD Systeem</td><td></td></tr><tr><td>Projectie Lithografie Stepper</td><td>GCA</td><td>AutoStep 200</td><td></td></tr><tr><td>Reactieve Ionen Etser</td><td>LAM Research</td><td>9400</td><td></td></tr><tr><td>Parameter Analyzer</td><td>Hewlett Packard</td><td>4155A</td><td></td></tr><tr><td>Optische Chopper</td><td>Thorlabs</td><td>MC2000</td><td></td></tr><tr><td>Lock-in Versterker</td><td>Stanford Research Systems</td><td>SR830</td><td></td></tr><tr><td>Elektro-optische Modulator</td><td>Thorlabs</td><td>EO-AM-NR-C2</td><td></td></tr><tr><td>Gemotoriseerde Lineaire Trap</td><td>Thorlabs</td><td>NRT100</td><td></td></tr></tbody></table>

ontwerp, fabricage en karakterisatie van plasmonische fotogeleidende terahertz emitters

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

In deze video artikel beschrijven we een gedetailleerde demonstratie van een zeer efficiënte methode voor het genereren van terahertz golven. De techniek is gebaseerd op photoconduction, dat is een van de meest gebruikte technieken voor terahertz generatie 1-8. Terahertz generatie in een fotogeleidend emitter wordt bereikt door het pompen van een ultrasnelle fotoconductor met een gepulste of heterodyned laser verlichting. De geïnduceerde fotostroom die de omhullende van de pomp laser volgt, wordt naar een terahertz stralende antenne die op de fotogeleider contact elektroden terahertz straling genereren. Hoewel de quantum efficiency van een fotogeleidend emitter kan theoretisch 100% te bereiken, hebben de relatief lange transport weglengte van foto-gegenereerde vervoerders om het contact elektrodes van conventionele fotogeleiders ernstig hun kwantumrendement beperkt. Daarnaast is de vervoerder screening effect en thermische afbraak strikt te beperken de maximale output power van conventionele fotogeleidende terahertz bronnen. Om de quantum efficiency beperkingen van conventionele fotogeleidende terahertz vervuilers aan te pakken, hebben we een nieuwe fotogeleidende emitter concept dat een plasmonische contact elektrode configuratie te hoog kwantum-efficiëntie en ultrasnelle werking tegelijkertijd bieden verwerkt ontwikkeld. Door het gebruik van nano-schaal plasmonische contactelektroden, we aanzienlijk de gemiddelde foto-generated carrier transport pad naar fotoconductor contactelektroden vergelijking met conventionele fotogeleiders 9 verminderen. Onze methode maakt het ook mogelijk het verhogen fotoconductor actieve gebied zonder een aanzienlijke verhoging van de capacitieve belasting aan de antenne, het stimuleren van de maximale terahertzstraling vermogen door te voorkomen dat de vervoerder screening effect en thermische afbraak bij hoge optische pomp bevoegdheden. Door de integratie van plasmonische contactelektroden, demonstreren we het verbeteren van de optische-to-terahertz kracht omzettingsrendement van een conventionele fotogeleidende terahertz emitter met een factor 50 10.

Om het potentieel van plasmonische elektroden voor terahertz macht verbetering laten zien, hebben we verzonnen twee terahertz stralers: een conventionele (figuur 1a) en plasmonische (figuur 1b) fotogeleidende zender opnemen plasmonic contactelektroden aan vervoerder het vervoer te verkorten om contact elektroden. Beide ontwerpen bestaan ​​van een ultrasnelle fotogeleider 20 urn tussen anode en kathode contacten, verbonden met een 60 urn lang bowtie antenne met maximale en minimale breed...

We beschrijven methoden voor het ontwerp, de fabricage en karakterisering van plasmonische fotogeleidende emitters, die twee ordes van grootte hoger terahertz vermogen in vergelijking met conventionele fotogeleidende emitters bieden.

Ontwerp, fabricage en karakterisatie van Plasmonische Fotogeleidende Terahertz emitters

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

Het algemene doel van deze procedure is het demonstreren van een zeer efficiënte methode voor het opwekken van terahertzstraling. Dit wordt bereikt door plasmonische contactelektroden te integreren in fotogeleidende terahertz-emitters, waardoor een hoge kwantumefficiëntie en een ultrasnelle werking van het apparaat gelijktijdig mogelijk worden gemaakt. De eerste stap is het vervaardigen van prototypen van plasmonische fotogeleidende emitters middels elektronenstraallithografie.Vervolgens wordt het stralingsvermogen van de geïmplementeerde emitterprototypes gemeten en vergeleken met identieke conventionele fotogeleidende ertz-emitters zonder plasmonische elektroden. De laatste stap is het karakteriseren van de spectrale eigenschappen van de straling van de plasmonische fotogeleidende ertz-emitterprototypes. Uiteindelijk worden resultaten verkregen die aantonen dat de integratie van plasmonische elektroden in een fotogeleidende emitter het stralingsvermogen en de efficiëntie met twee grootteordes kan verhogen.Deze methode kan helpen bij het aanpakken van de belangrijkste beperking van conventionele geleidende terahertz-emitters (TERs), namelijk de afweging tussen een hoge quantum-eff

design-fabrication-experimental-characterization-plasmonic

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

Polykristallijn silicium dunne-film zonnecellen op glas worden vervaardigd door afzetting van boor en fosfor gedoteerd silicium lagen gevolgd door kristallisatie, defect passivering en metallisatie. Plasmonische licht-trapping wordt ingeleid door de vorming van Ag nanodeeltjes op de silicium celoppervlak afgedekt met een diffuus reflector resulteert in ~ 45% fotostroom toebehoren.

Polykristallijn silicium dunne-film zonnecellen met plasmonische-enhanced Light-trapping

Metamaterialen bij terahertz frequenties bieden unieke mogelijkheden, maar zijn uitdagend om te fabriceren in bulk. Wij passen de fabricage procedure voor micro polymere optische vezels mogelijk om goedkoop te fabriceren metamaterials op industriële schaal. Wij produceren polymethylmethacrylaat vezels met ~ 10 micrometer diameter indium draden gescheiden door ~ 100 um, die een terahertz plasmonische reactie vertonen.

Fabriceren Metamaterialen Met behulp van de Fiber tekenmethode

De wijze van toepassing van een brekingsindex sensor voor terahertz frequenties gebaseerd op een gegroefde parallelle plaat golfgeleider geometrie beschreven. De werkwijze levert een meting van de brekingsindex van een klein volume vloeistof door controle van de verschuiving van de resonantiefrequentie van de...

Terahertz Microfluïdische Sensing via een parallelle-plaat Waveguide Sensor

Dit protocol beschrijft de simulatie, fabricage en karakterisering van THz metamateriaal absorbers. Dergelijke absorbers hebben, wanneer gekoppeld aan een geschikte sensor, toepassingen in THz beeldvorming en spectroscopie.

Simulatie, fabricage en karakterisering van THz Metamateriaal Absorbers

Zilveren nanodraden kunnen tegelijkertijd elektronen en optische informatie vervoeren in de vorm van oppervlakteplasmonen. Hier wordt een procedure beschreven om een dergelijke gedeelde circuit te realiseren en de beperkingen bij het propageren van beide informatiedragers worden geëvalueerd.

Plasmonische transport evalueren in stroomvoerende zilveren nanodraden

De fabricage van hoogcontrastroosters als parallel spectrumsplitsend dispersie-element in een geconcentreerd fotovoltaïsch systeem wordt gedemonstreerd. Fabricageprocessen inclusief nano-imprint litografie, TiO2 sputteren en reactieve ionen-etsen worden beschreven. Reflectiemeetresultaten worden gebruikt om de optische prestaties te karakteriseren.

Fabrication van High Contrast Roosters voor de Spectrum Splitting Dispersieve Element in een geconcentreerde Zonneinstallatie

Een protocol voor het colloïdale synthese van zilver nanocubes en de fabricage van plasmonische nanoschaal patch antennes met sub-10 nm gaten wordt gepresenteerd.

Colloïdaal Synthese van Nanopatch Antennes for Applications in Plasmonics en Nanofotonica

Een protocol voor het ontwerp en de fabricage van een nieuw-nanopillar gebaseerde split ring resonator (SRR) wordt gepresenteerd.

Fabricage van Nanopillar-Based Split Ring Resonators voor Displacement Current gemedieerde resonanties in Terahertz Metamaterials

We tonen de fabricage van periodieke gouden nanocup arrays gebruikmakend van de colloïdale lithografische technieken en bespreken het belang van nanoplasmonic films.

Fabricage van periodieke gouden Nanocup Arrays gebruikmakend van de colloïdale lithografie

Dit protocol beschrijft de instrumentatie voor de bepaling van de excitatie en koppeling tussen licht vervuilers en Bloch-achtige oppervlakte plasmon polaritons die voortvloeien uit periodieke matrices.

Bepaling van de excitatie en koppeling tussen licht vervuilers en oppervlakte Plasmon Polaritons

Hier wordt een protocol gepresenteerd voor de synthese van zilver-palladium (Ag-Pd) legering nanodeeltjes (NPs) ondersteund op ZrO2 (Ag-Pd/ZrO2). Dit systeem maakt het mogelijk om energie te oogsten uit zichtbare lichtbestraling om moleculaire transformaties te versnellen en te beheersen. Dit wordt geïllustreerd door nitrobenzeenreductie bij lichte bestraling gekatalyseerd door Ag-Pd/ZrO2 NPs.

Bereiding van zilver-palladium gelegeerde nanodeeltjes voor plasmonische katalyse onder zichtbare lichtverlichting

Leer plasmonische fotogeleidende terahertz-emitters te ontwerpen en te fabriceren met elektronenbundellithografie. Deze methode verhoogt de stralingskracht en efficiëntie met twee ordes van grootte voor geavanceerde toepassingen.

Ontwerp, fabricage en karakterisatie van Plasmonische Fotogeleidende Terahertz emitters

Meer video's verkennen