Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

Проектирование, изготовление, и экспериментальная характеристика Плазмонных Фотопроводящий излучателей терагерцового

Published: July 8, 2013 doi: 10.3791/50517
Automatic Translation
1, 1, 1, 1
1Electrical Engineering and Computer Science Department, University of Michigan

Summary

Мы описываем методы проектирования, изготовления и экспериментальной характеристике плазмонных фотопроводящими излучателей, которые предлагают два порядка более высоких уровнях терагерцового мощность по сравнению с фотопроводящими излучателей.

Abstract

В этом видео статье мы приводим детальное обоснование высокоэффективного способа генерации терагерцового волн. Наша методика основана на фотопроводимости, который был одним из наиболее часто используемых методов для терагерцового поколения 1-8. Терагерцового поколения в фотопроводящую излучателя достигается путем закачки сверхбыстрых фотобарабан с импульсным или гетеродинирована лазерной подсветкой. Индуцированный фототок, который следует за конвертом лазера накачки, направляется на терагерцового излучающей антенны соединен с электродами, фотобарабан для создания контакта терагерцового излучения. Хотя квантовая эффективность фотопроводящую эмиттером теоретически может достигать 100%, относительно длинный путь транспортировки длины фото генерируемых носителей к контактным электродам обычными фотопроводниками серьезно ограничивает их квантовую эффективность. Кроме того, эффект скрининга носителей и теплового пробоя строго ограничить максимальную P ВыходАуэр обычных фотопроводящими источников терагерцового. Для решения квантового ограничения эффективности обычных фотопроводящими излучателей терагерцового, мы разработали новую концепцию фотопроводящими излучатель, который включает в плазмонных конфигурации контакта электрода для обеспечения высокой квантовой эффективностью и сверхбыстрого строя одновременно. При использовании нано-плазмонных контактными электродами, мы существенно уменьшить среднюю фото генерируемые переноса носителей путь к электродам фотопроводника контакта по сравнению с обычными фоторезисторов 9. Наш метод также позволяет повысить фотопроводника активную область без значительного увеличения емкостной нагрузки к антенне, повышение максимальной мощности терагерцового излучения, предотвращая эффект скрининга носителей и тепловому разрушению при высокой оптической мощности накачки. Путем включения плазмонных контактные электроды, мы демонстрируют повышение оптико-терагерцового преобразования энергии эффективности обычного фотопроводящего теrahertz излучатель на коэффициент 50 10.

Introduction

Мы представляем новый фотопроводящими терагерцового излучателя, который использует конфигурацию плазмонных контакта электрода для повышения оптико-терагерцового эффективность преобразования на два порядка величины. Наша методика рассматривает наиболее важные ограничения традиционных фотопроводящими терагерцового излучателей, а именно низкую выходную мощность и низкая эффективность власти, которые происходят от присущего компромисс между высокой квантовой эффективностью и сверхбыстрых работой обычных фотопроводниками.

Одним из ключевых новинкой в ​​нашей конструкции, которые привели к этому повышение производительности скачок является создание конфигурации контактного электрода, который накапливается большое количество фото генерируемые носители в непосредственной близости к контактным электродам, так что они могут быть собраны в суб- пикосекундном сроки. Иными словами, соотношение между фотопроводника операции сверхбыстрых и высокую квантовую эффективность снижается за счет пространственной манипуляции с фото-родовТед перевозчиков. Плазмонных контактные электроды предложить эту уникальную возможность, (1) позволяет свету заключении в наноразмерных устройств активной области между электродами плазмонных (за дифракционный предел), (2) необычный свет усиления при контакте металла и фото-поглощающие полупроводник 10, 11. Другой важной особенностью нашего решения является то, что он вмещает большой фотобарабан активных областей без значительного увеличения в паразитной нагрузкой до терагерцового излучающей антенны. Используя большой фотобарабан активных областей включите смягчения эффекта скрининга носителей и теплового пробоя, которые являются конечными ограничения на максимальную мощность излучения от обычных фотопроводящими излучателей. Это видео статья сосредоточена на уникальные атрибуты нашего представленное решение, описывая руководящих физике, численного моделирования и экспериментальной проверки. Мы экспериментально продемонстрировать 50 раз выше терагерцового полномочий от плазмонных фотоoconductive излучателя по сравнению с аналогичным фотопроводящими излучатель с не-плазмонных контактными электродами.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Плазмонных Фотопроводящий Изготовление излучателя

  1. Изготовление плазмонных решетки.
    1. Очистка полупроводниковых пластин путем погружения в ацетоне (2 мин), а затем изопропанол (2 мин) и промывки деионизованной водой (10 сек).
    2. Высушите образца азотом и нагреть его на плите при температуре 115 ° С в течение 90 секунд, чтобы удалить остатки воды.
    3. Спин MicroChem 950K ПММА A4 на образце при 4000 оборотах в минуту в течение 45 секунд. Предварительно выпекать противостоять на плите при температуре 180 ° С в течение 3 мин.
    4. Загрузить образец в электронно-лучевой литографии инструмент (JEOL JBX-6300-FS). Expose плазмонных узором решетки на основную дозу около 650 мкКл / см 2, с использованием 100 кВ ускоряющего напряжения.
    5. Разработка ПММА путем погружения образца в МИБК: IPA 1:03 смесь в течение 90 сек. Сразу передачи образца к раствору чистого изопропанола в течение 60 сек.
    6. Промыть образец деионизированной водой в течение 10 секунд и затем высушить образец азотом.
    7. Загрузить образец в стриптизершу плазмы (YES-CV200RFS). Descum примера с использованием 30 Вт ВЧ мощность при 30 ° C с 100 SCCM O 2 скорость потока в течение 10 сек.
    8. Удаления поверхностных оксидов путем погружения в HCl: H 2 0 3:10 смесь в течение 30 сек. Сразу передачи образца к каскаду промыть деионизированной воды в течение 4 мин.
    9. Передача образца в химический стакан деионизированной воды для минимизации воздействия атмосферного кислорода перед осаждением металла.
    10. Возьмем стакан, содержащий образец в деионизированной воде к металлической испаритель (Дентон SJ-20). Удалить воздух из камеры, а затем удалить, сухой и загрузить образец в камеру (эти шаги должны последовать без перерыва, чтобы предотвратить образование оксида поверхности на образце).
    11. В камере вакуум до давления ниже 2x10 -6 Торр. Депозит Ti / Au (50/450 А).
    12. Удалить воздух из камеры и удаления образца.
    13. Для старта осажденного металла, поместите образец на держателе тефлоновымистакан ацетона, накройте крышкой и оставьте на ночь. Раскройте стакан, поместите его в ультразвуковой мешалки, и ждать, пока все нежелательные металл не удаляется (обычно 30 секунд).
  2. Депозит SiO 2 пассивации.
    1. Очистите образца, что и шаги 1.1.1 - 1.1.2.
    2. Загрузить образец в плазменно-химического осаждения из инструментов (GSI ПХО). Депозит 1500 А SiO 2 при 200 ° С.
  3. Откройте контакт через переходные отверстия SiO 2.
    1. Очистите образца, что и шаги 1.1.1 - 1.1.2.
    2. Спина на HMDS при 4000 оборотах в минуту в течение 30 сек. Спина на Megaposit SPR 220-3.0 фоторезиста при 4000 оборотах в минуту в течение 30 сек. Предварительно выпекать противостоять на плите при температуре 115 ° С в течение 90 сек.
    3. Загрузите образца и маски пластины в проекционной литографии шаговые (GCA AutoStep 200). Совместите образца и разоблачить.
    4. После испечь открытые фоторезиста на плите при температуре 115 ° С в течение 90 сек.
    5. Разработка сопротивляться AZ 300 для разработчиков MIF 60 сек.
    6. Сразу перемещения образца в каскаде промыть деионизированной воды в течение 4 мин. Сухой образец азотом.
    7. Загрузите образца в ионный реактивный гравер (LAM 9400). Etch SiO 2 с использованием TCP власть РФ 500 Вт, мощность смещения РФ 100 Вт, 15 из SCCM-SF6, 50 SCCM С 4 F 8, 50 SCCM Не, 50 SCCM Ар для 80 сек.
    8. Удалить большую часть фоторезиста, помещая образец в ацетоне (5 мин), а затем изопропанол (2 мин). Промыть в деионизированной воде (10 сек). Сухие азотом.
    9. Удалить остаточную фоторезиста путем загрузки образца в стриппер плазмы (YES-CV200RFS). Снимите использованием фоторезиста 800 Вт ВЧ мощность при 30 ° C с 100 SCCM O 2 скорость потока в течение 5 мин.
  4. Изготовление антенны и смещения линий.
    1. Повторите шаги 1.3.1 - 1.3.6, чтобы скопировать антенн и смещения линий.
    2. Повторите шаги 1.1.8 - 1.1.9 для удаления поверхностных оксидов.
    3. Возьмем стакан, содержащий образец идеионизированную воду в испаритель металлов (Дентон SJ-20).
    4. Удалить воздух из камеры, а затем быстро удалить, сухой и загрузить образец в камеру.
    5. В камере вакуум до давления ниже 2x10 -6 Торр. Депозит Ti / Au (10/4, 000).
    6. Удалить воздух из камеры и удаления образца.
    7. Повторите шаг 1.1.13 к старту осажденного металла.
  5. Пакет образца.
    1. Клей края диаметром 12 мм гипер-полусфер кремния объективов на 2 дюйма алюминия с шайбой отверстие диаметром 8 мм.
    2. Клей печатную плату с металлическими следы, к которым можно легко припой, в алюминиевой шайбой.
    3. Установите изготовлены прототипы плазмонных фотопроводящими терагерцового излучателя на кремниевой линзы с использованием тонких эпоксидной смолы.
    4. Провод связи устройства с контактными площадками печатной плате приклеены на той же шайбой алюминия.
    5. Припой проводов к металлической следов на печатной плате.
    6. Подключите устройство колодки контакта с параметрического анализатора (Hewlett обновленияARD 4155A) с помощью провода припаяны к соответствующим площадкам печатной плате для целей тестирования.

2. Плазмонных Фотопроводящий характеристика излучателя

  1. Устройство выравнивания.
    1. Поместите алюминиевой шайбой проведения плазмонных прототипы фотопроводящими терагерцового излучателя на ротационной горе и плотно сосредоточиться оптической накачки титан-сапфира синхронизацией мод (MIRA 900D XW V10 OPT 110V) на активную площадь каждого устройства.
    2. Регулировка вращения держатель таким образом, что электрическое поле оптической накачки ориентирован для эффективного возбуждения поверхностных плазмонов волн (по нормали к плазмонных решетки).
    3. Использование параметрических анализатор одновременно применять напряжения смещения для каждого устройства и измерить индуцированного электрического тока в каждом устройстве. Подтвердите оптимальных оптических выравнивание насоса и регулировки поляризации за счет максимального фототока каждого тестируемого устройства.
  2. Измерения выходной мощностирений.
    1. Используйте оптический прерыватель (Thorlabs MC2000), чтобы модулировать оптической накачки с синхронизацией мод падающий лазер накачки на каждом устройстве.
    2. Измерьте выходной мощности плазмонных фотопроводящими терагерцового излучателя прототипов использованием пироэлектрического приемника (спектр детектора, Inc SPI-A-65 ТГц).
    3. Подключите выход пироэлектрического детектора синхронного усилителя (Stanford Research Systems SR830) со ссылкой частоты оптического вертолета для восстановления данных терагерцового мощность при низком уровне шума.
  3. Радиационная спектральную характеристику.
    1. Начнем с титан-сапфировый синхронизацией мод лазера и использовать светоделитель разделить выходе синхронизацией мод в пучок накачки и зондирующего пучка.
    2. Использование электрооптического модулятора (Thorlabs ЭО-AM-NR-C2) для модуляции оптического пучка в насосе пути. Фокус пучка накачки на активную область фотопроводящими эмиттером тестируемого для генерации терагерцового излучения.
    3. Визироватьсгенерированного терагерцового луч с использованием первого полиэтилена сферической линзы. Фокус направленным лучом терагерцового использовании второго полиэтилена сферической линзы.
    4. Перед фокус пучка терагерцового, объедините направленный луч терагерцового с датчиком оптического луча с использованием ITO покрытием стеклянный фильтр.
    5. Наведите толщиной 1 мм, <110> кристалла ZnTe установлен на этапе вращения при комбинированном фокусе оптической и терагерцового пучка.
    6. Вставка управляемый оптическую линию задержки на оптическом пути зонд с помощью моторизованного линейной стадии (Thorlabs NRT100), чтобы изменять временную задержку между оптическими и терагерцового импульса взаимодействующих внутри кристалла ZnTe.
    7. Использование половинной Фазовые пластины в зонде путь, поворот поляризации оптического зонда быть на угол 45 ° по отношению к терагерцового направление поляризации.
    8. Используйте четверть пластины Фазовые пластины после кристалла ZnTe, конвертировать оптической поляризации пучка в круговой поляризации.
    9. Сплит CirculАрли поляризованного оптического луча на две ветви призмой Волластоном. Измерение оптической мощности пучка в каждой ветви с помощью двух детекторов сбалансированный подключен к синхронному усилителю.
    10. Подключите моторизованных линии задержки и синхронного усилителя к компьютеру. Напишите сценарий Matlab итеративно изменять положение моторизованных линии задержки, приостановки и считывания сигнала величиной от синхронного усилителя.
    11. Преобразование этапе положение во временную область посредством деления общей длины оптического задержки на скорость света, а затем осторожный преобразование Фурье (с использованием Matlab), чтобы получить данные частотной области.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Чтобы продемонстрировать потенциальным плазмонных электродов для повышения мощности терагерцового, были изготовлены два терагерцового излучателей: обычный (рис. 1а) и плазмонных (рис. 1б) фотопроводящими эмиттером включения плазмонных контактные электроды для сокращения времени переноса носителей, чтобы связаться с электродами. Обе конструкции состоят из сверхбыстрых фотопроводника с 20 мкм, зазор между анодом и катодом контактов подключен к 60 мкм, антенна бабочка с максимальной и минимальной шириной 100 мкм и 30 мкм соответственно, изготовленных на том же LT-GaAs-подложке. Плазмонных излучатель фотопроводящего включает в себя два наноразмерных плазмонных решетки в контакте с входным портом галстука-бабочки антенны. Разработки стратегии для оптимального плазмонных конфигурации электрода контакт максимальной оптической передачи насоса в фото-поглощающей подложке при минимизации расстояния между электродами плазмонных, чтобы минимизировать среднее телOTO-порожденных транспорта носителей длина пути к контактным электродам. Мы используем несколько физике конечно-элементного решателя (COMSOL), чтобы оценить реакцию фотопроводниками с проектной плазмонных контактные электроды на инцидент оптической накачки. Для этого фото генерируемых носителей происходит от расчетной оптической интенсивности в фото-поглощающей подложке и в сочетании с настройкой данных электрического поля в классической диффузионно-дрейфовой модели для расчета индуцированный фототок 9. Металлы с сильным плазмонных свойства в насосе оптической длины волны являются предпочтительными, поскольку они позволяют тяжелом положении оптической накачки на металл и, таким образом, предлагают короткие фото генерируемые носитель длины пути транспортировки к контактным электродам. Для доказательства правильности концепции плазмонных фотопроводящими излучателя, мы разработали плазмонных решетки с 100 нм Au ширина, расстояние 100 нм, 50 нм и высотой, что позволяет передачу более 70% от 800 нм оптической пумP через наноразмерных решеток в фото-поглощающей подложке 11, 12. Инцидент оптической накачки титан-сапфирового лазера с центральной длиной волны 800 нм, 76 МГц частотой повторения, и 200 фс Ширина импульса строго ориентированные на каждую изготовлены устройства (рис. 2а) и расположена вблизи анодного электрода контакт с максимальной излучаемой мощность 13-15. Для достижения максимальной излучаемой мощности для обычной излучатель фотопроводящего, оптический электрическое поле было ориентировано чтобы охватить через зазор между анодом и катодный электроды контакта. Для плазмонных эмиттером фотопроводящими, электрическое поле ориентировано перпендикулярно металлические решетки. Сгенерированный терагерцового мощности от каждого эмиттера фотопроводящего измеряли с использованием пироэлектрический датчик. 2б показаны измеренные терагерцового излучения от плазмонных и обычных терагерцового излучателей, электрически смещен на 40 В, при различных оптической мощности насоса. ЯNset кривая показывает соответствующий фототок. Повышение мощности излучения более 33 наблюдался с плазмонных фотопроводящими излучателя в 0 - 25 мВт оптическом диапазоне мощности накачки. Это значительное увеличение мощности излучения за счет более высокой фототока уровни генерируются при использовании плазмонных контактных электродов. Фиг.2с показывает измеренные терагерцового излучения в зависимости от собранных фототока для плазмонных и обычных излучателей терагерцового. Данные, представленные в сюжет включает в себя различные напряжения смещения (10 - 40 В) при различных оптических мощностях накачки (5 - 25 МВт). Точки данных являются кривой установлены на одной линии с наклоном 2, подтверждающие квадратичную зависимость мощности излучения от индуцированного фототока и тот факт, что все другие рабочие условия (в том числе антенны спецификации) являются одинаковыми для обычных и плазмонных фотопроводящими прототипы эмиттера. Рисунок 2d показывает мощности терагерцового повышеВЫРАЖЕНИЕ коэффициент, определяемый как отношение терагерцового мощность испускаемых плазмонных излучатель терагерцового с обычными терагерцового эмиттера. При низкой оптической накачки уровней мощности и напряжения смещения 30 В, выходная мощность Факторы усиления до 50 наблюдаются. Коэффициент усиления немного уменьшается при более высоких оптических мощностях накачки и выше напряжения смещения. Это может быть объяснено эффектом скрининга носителем, который должен влиять на плазмонных фотопроводника больше, чем обычные фотопроводника, так как он генерирует больше фототока и отделения большее число электронно-дырочных пар. Наконец, максимальная мощность терагерцового измеряется от плазмонных и обычных терагерцового излучателей под 100 мВт оптической накачки (рис. 2е). Напряжение смещения каждого устройства увеличивают до точки отказа устройства. При максимальной, плазмонных излучатель фотопроводящего производится средней мощностью 250 мВт, по сравнению с 12 мкВт традиционного фотопроводящего излучатель10.

Рисунок 1
Рисунок 1. Принципиальная схема и принцип работы фотопроводящими излучателей терагерцового. (А) обычные фотопроводящими терагерцового излучателя. (B) плазмонных терагерцового излучателя фотопроводящими включения плазмонных контактными электродами. Нажмите здесь, чтобы увеличить рисунок .

Рисунок 2
Рисунок 2. Сравнение обычных и плазмонных фотопроводящими излучателей терагерцового 10. (А) Готовые устройства изображений. (Б) Измеряется терагерцового излучения из плазмонных и обычных терагерцового излучателей, напряжением смещения на 40 В, при различных оптических мощностях накачки. На вставке кривая показывает соотвonding фототока. (C) Измеряется терагерцового излучения от собранных фототока для плазмонных и обычных излучателей терагерцового. Данные, представленные в участок включает в себя различные напряжения смещения (10 - 40 В) при различных оптической мощности насоса (5 - 25 мВт). (Г) Относительное увеличение мощности терагерцового определяется как отношение терагерцового мощность испускаемых плазмонных терагерцового эмиттера к обычного излучателя терагерцового. (E) Максимальная мощность терагерцового измеряется от плазмонных и обычных терагерцового излучателей под 100 мВт оптической накачки. Напряжение смещения каждого устройства увеличивают до точки отказа устройства. На максимуме, плазмонных эмиттером фотопроводящими производится в среднем мощность 250 мкВт, по сравнению с 12 мкВт традиционного фотопроводящими эмиттера. Нажмите здесь, чтобы увеличить рисунок .

Рисунок 3. . Спектральные характеристики плазмонных фотопроводящего излучение эмиттера 10 Спектр излучения измеряется в ответ на 200 фс оптических импульсов с синхронизацией мод титан-сапфировый лазер с длиной волны 800 нм центральной длины волны и 76 МГц частотой повторения в области времени установки ТГц-спектроскопии с электрооптического детектирования. (а) Мощность излучения во временной области. (б) Мощность излучения в частотной области. Наблюдаемые пики излучения около 0,35 ТГц и 0,55 ТГц связаны с резонансные пики занятых бабочкой антенну, а пик излучения около 0,1 ТГц связан с резонансным пиком дипольных антенн образована галстука-бабочки антенных линий уклон. Нажмите здесь, чтобы увеличить рисунок .

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

В этом видео статье мы представляем новый фотопроводящими технику терагерцового поколения, который использует конфигурацию плазмонных контакта электрода для повышения оптико-терагерцового эффективность преобразования на два порядка величины. Значительное увеличение мощности излучения терагерцового из представленных плазмонных фотопроводящими излучателей является очень ценным для будущих высокочувствительный терагерцового диапазона, спектроскопии и спектрометрии систем, используемых для химической идентификации передовой, медицинской визуализации, биологические зондирования, астрономии, зондирование атмосферы, проверки безопасности, и свойств материалов.

Основное внимание в этом видео статьи была демонстрация результатов плазмонных электродов в повышении индуцированных фототока в сверхбыстрых фотопроводниками и излучаемой мощности от терагерцового фотопроводящими терагерцового излучателей. Таким образом, выбор фотопроводящего архитектуры излучатель, терагерцового излучающей антенны, а смещение кормаВ нашей демонстрации были произвольно, и повышение концепция может быть аналогичным образом применен для повышения мощности излучения от фотопроводящего излучателей терагерцового с различными терагерцового антенн с и без штыревой контакт электродов, а также большой площади фотопроводящего излучателей терагерцового как в импульсном и непрерывном волны операции. В этой связи, выходная мощность наших устройств прототипа может быть расширена за счет использования резонансных полостей 3, 16, большое устройство активные области 17-22 и антенны с более высокой радиационной стойкостью и пропускную способность 23, 24. Кроме того, описанные квантовой эффективности механизма усиления в плазмонных фоторезисторов может быть использован для повышения чувствительности и чувствительности обнаружения фотопроводящего детекторы терагерцового, а также 25-27.

Следует отметить, что наиболее важным шагом для реализации высокой производительности плазмонных излучателей терагерцового фотопроводящими Пэтterning плазмонных контактными электродами. С одной стороны, более высокие оптическое поглощение насоса и, таким образом, более высокие оптико-терагерцового эффективности преобразования может быть достигнуто путем использования более высоких удлинения электродов плазмонных контакта. С другой стороны, отрывая толстые металлические функции с нано-размера функция является сложной задачей, поскольку он требует сопротивление толстых слоев и, следовательно, высокие пропорции плазмонных контактные электроды ограничены решение существующих электронно-лучевой литографии инструментов.

Мы считаем, что наша работа будет развиваться в ближайшем будущем, чтобы подтолкнуть оптико-терагерцового эффективность преобразования плазмонных фотопроводящими излучателей более чем на три порядка. В связи с этим, использование высоким соотношением плазмонных контактные электроды встроены в фото поглощающих полупроводниковых 28-30 обеспечивает сверхскоростной транспорт большинства фотоносителей для формирования изображения контактных электродов и их эффективного вноution терагерцового в поколение. Использование с высоким соотношением плазмонных контактные электроды встроены в фото поглощающих полупроводниковых также исключает необходимость в использовании короткого времени жизни носителей полупроводников, которые используются для подавления постоянного тока фотопроводящего излучателей (в целом) и для предотвращения нежелательных разрушительных помех в непрерывном волны фотопроводящими излучатели (в конкретных). Устраняя необходимость в использовании коротких жизни носителей полупроводники, которые имеют более низкие подвижности носителей и теплопроводность по сравнению с 31 высокого качества кристаллические полупроводники, будут иметь важное влияние на будущее высокой мощности и высокой эффективности излучателей фотопроводящими терагерцового. Это также может привести к появлению нового поколения фотопроводящих терагерцового излучателей на основе фото-поглощающие полупроводниковых приборов с уникальными функциями (например основе графена фотопроводящими излучателей, которые выигрывают от превосходной подвижностью носителя или на основе GaN фотопроводящими эмиттеромы, которые выигрывают от высочайшей теплопроводностью).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Нет конфликта интересов объявлены.

Acknowledgments

Авторы хотели бы поблагодарить за предоставление Picometrix LT-GaAs подложке и благодарят за финансовую поддержку из Мичигана космических грантов консорциума, DARPA премия для молодых факультет руководством д-ра Джона Альбрехт (Договор № N66001-10-1-4027), NSF КАРЬЕРА Премия руководством д-ра Самира аль-Газали (Договор № N00014-11-1-0096), ОНР премия для молодых следователь руководством д-ра Пола Маки (Договор № N00014-12-1-0947), а ARO премия для молодых следователь управляемых Доктор Палмер Dev (Договор № W911NF-12-1-0253).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Reagent
Polymethyl Methacrylate (PMMA) MicroChem 950K PMMA A4
Hexamethyldisilazane (HMDS) Shin-Etsu MicroSI MicroPrime HP Primer
Optical Photoresist Dow Chemical Megaposit SPR 220-3.0
Photoresist Developer AZ Electronic Materials AZ 300 MIF Developer
Methyl Iso-Butyl Keytone (MIBK) Avantor Performance Materials 9322-03
Equipment
Ti:Sapphire Mode-Locked Laser Coherent MIRA 900D V10 XW OPT 110V
Pyr–lectric Detector Spectrum Detector SPI-A-65 THz
Electron-Beam Lithography Tool JEOL JBX-6300-FS
Plasma Stripper Yield Engineering Systems YES-CV200RFS
Metal Evaporator Denton Vacuum SJ-20
Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition Tool GSI GSI PECVD System
Projection Lithography Stepper GCA AutoStep 200
Reactive Ion Etcher LAM Research 9400
Parameter Analyzer Hewlett Packard 4155A
Optical Chopper Thorlabs MC2000
Lock-in Amplifier Stanford Research Systems SR830
Electrooptic Modulator Thorlabs EO-AM-NR-C2
Motorized Linear Stage Thorlabs NRT100

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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

Tags

Физика выпуск 77 электротехники информатики материаловедения электроники и электротехники КИП и фотографии лазеров и мазеров оптики физики твердого тела терагерцового Плазмонных во временной области спектроскопии Фотопроводящий излучатель электроника
Проектирование, изготовление, и экспериментальная характеристика Плазмонных Фотопроводящий излучателей терагерцового
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Berry, C., Hashemi, M. R., Unlu, M., … More

Berry, C., Hashemi, M. R., Unlu, M., Jarrahi, M. Design, Fabrication, and Experimental Characterization of Plasmonic Photoconductive Terahertz Emitters. J. Vis. Exp. (77), e50517, doi:10.3791/50517 (2013).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter