Progettazione, fabbricazione, e Sperimentale Caratterizzazione di plasmoniche Emettitori Terahertz fotoconduttive

Engineering

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Summary

Descriviamo i metodi per la progettazione, la fabbricazione e la caratterizzazione sperimentale di emettitori fotoconduttrici plasmonica, che offrono due ordini di grandezza più elevati livelli di potenza terahertz rispetto agli emettitori fotoconduttori convenzionali.

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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).

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Abstract

In questo articolo video presentiamo una dimostrazione dettagliata di un metodo molto efficiente per la generazione di onde terahertz. La nostra tecnica si basa su fotoconduzione, che è stato una delle tecniche più utilizzate per la generazione di terahertz 1-8. Generazione Terahertz in un emettitore fotoconduttiva si ottiene pompando un fotoconduttore ultraveloce con una illuminazione laser pulsato o heterodyned. La fotocorrente indotta, che segue l'inviluppo del laser di pompa, viene instradato a un antenna irradiante terahertz collegata agli elettrodi di contatto fotoconduttore per generare radiazione terahertz. Anche se l'efficienza quantica di un emettitore fotoconduttore può raggiungere teoricamente il 100%, i trasporti relativamente lunghi lunghezze dei percorsi dei vettori foto generati per gli elettrodi di contatto di fotoconduttori convenzionali hanno gravemente limitato la loro efficienza quantica. Inoltre, l'effetto di schermatura vettore e ripartizione termica limitano rigorosamente la massima uscita potenza di fonti terahertz fotoconduttori convenzionali. Per affrontare i limiti di efficienza quantica di convenzionali emettitori terahertz fotoconduttori, abbiamo sviluppato un nuovo concetto di emettitore fotoconduttiva che incorpora una configurazione plasmonico elettrodo di contatto per offrire alta quantum-efficienza e il funzionamento ultraveloce contemporaneamente. Utilizzando nano-scala elettrodi di contatto plasmonic, riduciamo notevolmente il vettore foto-generated percorso medio di trasporto per fotoconduttori elettrodi di contatto rispetto a fotoconduttori convenzionali 9. Il nostro metodo permette anche di aumentare l'area attiva fotoconduttore senza un notevole incremento del carico capacitivo all'antenna, aumentando la potenza massima radiazione terahertz impedendo l'effetto di schermatura vettore e ripartizione termica alle alte potenze ottico di pompa. Incorporando elettrodi di contatto plasmonic, dimostriamo migliorando l'ottico-terahertz efficienza di conversione di potenza di un convenzionale fotoconduttivo terahertz emettitore di un fattore 50 10.

Introduction

Presentiamo un romanzo emettitore terahertz fotoconduttivo che utilizza una configurazione di elettrodo di contatto plasmonica di migliorare l'efficienza di conversione ottico-terahertz da due ordini di grandezza. La nostra tecnica si rivolge ai più importanti limitazioni convenzionali emettitori terahertz fotoconduttori, vale a dire a bassa potenza di uscita e la scarsa efficienza di potenza, che provengono dal compromesso intrinseco tra elevata efficienza quantica e il funzionamento ultraveloce di fotoconduttori convenzionali.

Una delle novità chiave nella nostra progettazione che hanno portato a questo miglioramento delle prestazioni cavallina è quello di progettare una configurazione di elettrodo di contatto che accumula un gran numero di vettori foto-generati in prossimità degli elettrodi di contatto, tali da poter essere raccolti all'interno di un sub- picosecondo scala cronologica. In altre parole, il compromesso tra funzionamento ultraveloce fotoconduttore ed alta efficienza quantica è mitigato dalla manipolazione spaziale del foto-generivettori TED. Elettrodi di contatto plasmoniche offrono questa capacità unica di (1) consentendo confinamento luce in dispositivi nanometrici aree attive tra gli elettrodi plasmonic (oltre il limite di diffrazione), (2) straordinario valorizzazione luce al contatto metallo e foto-assorbenti interfaccia semiconduttore 10, 11. Un altro attributo importante della nostra soluzione è che alloggia ampie aree attive fotoconduttore senza un notevole aumento del carico parassitario all'antenna radiante terahertz. Utilizzando grandi aree attive fotoconduttore consentono mitigare l'effetto di schermatura vettore e ripartizione termica, che sono i limiti ottimali per la massima potenza di radiazione da emettitori fotoconduttori convenzionali. In questo articolo il video si concentra sulle caratteristiche uniche della nostra soluzione presentata da descrivere la fisica che disciplinano, modellazione numerica e verifica sperimentale. Noi sperimentalmente Dimostriamo 50 volte superiori poteri terahertz da un phot plasmonicaemettitore oconductive in confronto con un emettitore fotoconduttiva simile con elettrodi di contatto non plasmonic.

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Protocol

1. Plasmonica Fabrication emettitore Photoconductive

  1. Realizzare grate plasmonic.
    1. Pulire il wafer semiconduttore immergendolo in acetone (2 min) seguito da isopropanolo (2 min), e risciacquo con acqua deionizzata (10 sec).
    2. Essiccare il campione in azoto e riscaldare su una piastra riscaldante a 115 ° C per 90 secondi per rimuovere l'acqua residua.
    3. Spin MicroChem 950K PMMA A4 sul campione a 4000 rpm per 45 sec. Pre-bake il resist su una piastra riscaldante a 180 ° C per 3 min.
    4. Caricare il campione in uno strumento di litografia a fascio di elettroni (JEOL JBX-6300-FS). Esporre il pattern di rete plasmonica alla dose base di circa 650 uC / cm 2, con una tensione di 100 kV di accelerazione.
    5. Sviluppare PMMA immergendo il campione in un MIBK: IPA miscela 1:03 per 90 sec. Trasferire immediatamente il campione ad una soluzione di isopropanolo puro per 60 sec.
    6. Lavare il campione con acqua deionizzata per 10 secondi e poi asciugare il campione con azoto.
    7. Caricare il campione in una spogliarellista plasma (SI-CV200RFS). Descum l'esempio utilizzando 30 W di potenza RF a 30 ° C con un SCCM O portata 100 2 per 10 sec.
    8. Rimuovere ossido superficiale immergendo in una HCl: H 2 0 3:10 miscela per 30 sec. Trasferire immediatamente il campione ad una cascata risciacquo di acqua deionizzata per 4 min.
    9. Trasferire il campione in un bicchiere di acqua deionizzata per minimizzare l'esposizione all'ossigeno atmosferico prima deposizione metallica.
    10. Prendere becher contenente il campione con acqua deionizzata ad un evaporatore metallo (Denton SJ-20). Ventilare la camera e quindi rimuovere, asciugare, e caricare il campione nella camera (questi passi devono essere seguite senza interruzione per impedire la formazione di ossido sulla superficie del campione).
    11. Pompare la camera ad una pressione inferiore a 2x10 -6 Torr. Cassetta di Ti / Au (50/450 A).
    12. Ventilare la camera e rimuovere il campione.
    13. Al fine di lift-off del metallo depositato, posizionare il campione su un supporto in Teflon in unbicchiere di acetone, coprire e lasciare per una notte. Scoprire il bicchiere, collocarlo in un agitatore ad ultrasuoni, e attendere finché non viene rimosso tutti i metalli indesiderati (in genere 30 secondi).
  2. Cassetta di SiO 2 passivazione.
    1. Pulire il campione, come nei passi 1.1.1 - 1.1.2.
    2. Caricare il campione in uno strumento di deposizione di vapore chimico plasma-enhanced (GSI PECVD). Cauzione 1500 A di SiO 2 a 200 ° C.
  3. Aprire vie di contatto con SiO 2.
    1. Pulire il campione, come nei passi 1.1.1 - 1.1.2.
    2. Gira su HMDS a 4.000 giri per 30 sec. Gira su Megaposit SPR 220-3,0 photoresist a 4000 rpm per 30 sec. Pre-bake il resist su una piastra riscaldante a 115 ° C per 90 sec.
    3. Caricare il campione e la piastra maschera in proiezione litografia passo-passo (GCA autostep 200). Allineare il campione ed esporre.
    4. Post-cuocere il photoresist esposto su una piastra riscaldante a 115 ° C per 90 sec.
    5. Sviluppare resistere in AZ 300 MIF sviluppatore per 60 sec.
    6. Spostare il campione immediatamente ad una cascata risciacquo di acqua deionizzata per 4 min. Asciugare il campione con azoto.
    7. Caricare il campione in uno ione incisore reattiva (LAM 9400). Etch SiO 2 con una potenza RF di TCP 500 W, un Bias potenza RF di 100 W, 15 SCCM di SF6, 50 sccm di C 4 F 8, 50 sccm di Lui, 50 SCCM di Ar per 80 sec.
    8. Rimuovere il grosso del fotoresist ponendo il campione in acetone (5 min) seguito da isopropanolo (2 min). Sciacquare in acqua deionizzata (10 sec). Asciugare con azoto.
    9. Rimuovere il photoresist residuo caricando il campione in una spogliarellista plasma (SI-CV200RFS). Rimuovere il fotoresist usando 800 W di potenza RF a 30 ° C con una portata SCCM O 100 2 per 5 min.
  4. Fabbricare antenne e linee di polarizzazione.
    1. Ripetere i punti 1.3.1 - 1.3.6 ad antenne modello e le linee diagonali.
    2. Ripetere i punti 1.1.8 - 1.1.9 per rimuovere l'ossido di superficie.
    3. Prendete il bicchiere contenente il campione eacqua deionizzata ad un evaporatore metallo (Denton SJ-20).
    4. Ventilare la camera e poi rimuovere rapidamente, asciugare, e caricare il campione nella camera.
    5. Pompare la camera ad una pressione inferiore a 2x10 -6 Torr. Cassetta di Ti / Au (10/4, 000 A).
    6. Ventilare la camera e rimuovere il campione.
    7. Ripetere il passaggio 1.1.13 per il decollo del metallo depositato.
  5. Confezionare il campione.
    1. Incollare i bordi di diametro mm lente silicio iper-emisferica 12 ad una rondella di alluminio 2 pollici con foro 8 mm.
    2. Incollare una scheda PCB con tracce di metallo, per cui si può facilmente saldare, per la rondella di alluminio.
    3. Montare i plasmonic fotoconduttrici prototipi emettitore terahertz fabbricati sulla lente di silicio utilizzando resina epossidica sottile.
    4. Obbligazionari Collegare il dispositivo di contatto pad ad una scheda PCB incollato sulla stessa rondella di alluminio.
    5. Saldare i fili alle tracce metalliche sulla scheda PCB.
    6. Collegare il dispositivo di cuscinetti di contatto ad un analizzatore parametrico (Hewlett Paccoard 4155A) con fili saldati ai corrispondenti rilievi del bordo del PWB a scopo di test.

2. Plasmonica Caratterizzazione emettitore Photoconductive

  1. L'allineamento del dispositivo.
    1. Posizionare la rondella di alluminio trasporta le plasmonic fotoconduttrici terahertz prototipi emettitore su un supporto di rotazione e strettamente focalizzare la pompa ottica da un Ti: zaffiro modo bloccato laser (MIRA 900D XW V10 OPT 110V) dentro l'area attiva di ciascun dispositivo.
    2. Regolare il montaggio in rotazione in modo tale che il campo elettrico della pompa ottica è orientata per l'eccitazione efficiente delle onde plasmonica di superficie (normale alle griglie plasmonic).
    3. Utilizzare l'analizzatore parametrico di applicare simultaneamente tensioni di polarizzazione per ciascun dispositivo e misurare la corrente elettrica indotta in ogni dispositivo. Confermare l'allineamento della pompa ottica ottimale e regolazione polarizzazione massimizzando la fotocorrente di ogni dispositivo in prova.
  2. Misura di potenza di uscitasura.
    1. Utilizzare un chopper ottico (Thorlabs MC2000) per modulare la pompa ottica dal mode-locked incidente laser della pompa su ogni dispositivo.
    2. Misurare la potenza dei plasmonic fotoconduttrici prototipi emettitore terahertz utilizzando un rivelatore piroelettrico (Spectrum Detector, Inc. SPI-A-65 THz) in uscita.
    3. Collegare l'uscita del sensore piroelettrico a un amplificatore lock-in (Stanford Research Systems SR830) con frequenza di riferimento del chopper ottico per recuperare i dati di potenza terahertz a bassi livelli di rumorosità.
  3. Radiazioni caratterizzazione spettrale.
    1. Iniziare con un laser Ti: zaffiro modo bloccato e utilizzare un divisore di fascio per dividere l'uscita del laser mode-locked in un fascio pompa e un fascio sonda.
    2. Utilizzare un modulatore elettroottico (Thorlabs EO-AM-NR-C2) per modulare il fascio ottico nel percorso pompa. Focalizzare il fascio pompa sull'area attiva dell'emettitore fotoconduttivo in prova per generare radiazione terahertz.
    3. Collimareil fascio terahertz generato utilizzando una prima lente sferica polietilene. Focalizzare il fascio collimato terahertz usando una seconda lente sferica polietilene.
    4. Prima della messa a fuoco del fascio terahertz, combinare il fascio collimato terahertz con il fascio ottico sonda utilizzando un filtro di vetro rivestito ITO.
    5. Posizionare un spessore di 1 mm, <110> cristallo ZnTe montato su un palco rotazione al fuoco combinato del fascio ottico e terahertz.
    6. Inserire una linea di ritardo ottica controllabile nel percorso sonda ottica utilizzando una fase lineare motorizzato (Thorlabs NRT100) per variare il ritardo di tempo tra gli impulsi ottici e terahertz interagiscono all'interno del cristallo ZnTe.
    7. Utilizzando un mezzo waveplate nel percorso sonda, ruotare la polarizzazione della sonda ottica ad essere ad un angolo di 45 ° rispetto alla direzione di polarizzazione terahertz.
    8. Utilizzare un quarto di waveplate dopo il cristallo ZnTe, convertire la polarizzazione fascio ottico in polarizzazione circolare.
    9. Dividere il circulfascio ottico Arly polarizzato in due rami da un prisma di Wollaston. Misurare la potenza del fascio ottico in ciascun ramo usando due rivelatori bilanciati collegati ad un amplificatore di blocco.
    10. Collegare la linea di ritardo motorizzata e amplificatore di blocco a un computer. Scrivere uno script Matlab per spostare iterativamente la posizione della linea di ritardo a motore, mettere in pausa, e leggere l'ampiezza del segnale da amplificatore lock-in.
    11. Convertire la posizione di fase nel dominio del tempo, attraverso dividendo la lunghezza totale ritardo ottico per la velocità della luce, seguita da una trasformata di Fourier discreta (utilizzando Matlab) per ottenere i dati del dominio di frequenza.

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Representative Results

Per dimostrare le potenzialità di elettrodi plasmonic per terahertz valorizzazione potere, abbiamo inventato due emettitori terahertz: una convenzionale (Figura 1a) e plasmonica (Figura 1b) fotoconduttiva emettitore incorporando elettrodi di contatto plasmonica di ridurre i tempi di trasporto carrier di contattare elettrodi. Entrambi i modelli sono costituiti da un fotoconduttore ultraveloce con 20 micron gap tra anodo e catodo contatti, collegato ad un'antenna papillon lunga 60 micron con massimi e minimi larghezze di 100 micron e 30 micron rispettivamente, fabbricato sulla stessa LT-substrato di GaAs. Il fotoconduttore emettitore plasmonica incorpora due nanoscala grate contatto plasmonic alla porta di ingresso dell'antenna papillon. La strategia di progettazione per la configurazione di elettrodo di contatto plasmonica ottimale è massimizzare la trasmissione pompa ottico nel foto-assorbente substrato riducendo al minimo la distanza tra gli elettrodi plasmonic minimizzare il ph mediooto-generato vettore lunghezza del percorso di trasporto per gli elettrodi di contatto. Usiamo un multi-physics solutore ad elementi finiti (COMSOL) per stimare la risposta dei fotoconduttori con gli elettrodi di contatto plasmonic progettato per una pompa ottica incidente. A questo scopo, la densità carrier foto generato è derivato dal dell'intensità ottica calcolata nel substrato foto-assorbente e combinata con i dati di campo elettrico di polarizzazione nel modello drift-diffusion classica per calcolare la fotocorrente indotta 9. Metalli con forti proprietà plasmonic alla lunghezza d'onda ottica pompa sono preferiti poiché permettono stretto confinamento della pompa ottica all'interfaccia metallo e, quindi, offrono brevi lunghezze del percorso di trasporto carrier foto generate per gli elettrodi di contatto. Per il proof-of-concept plasmonico emettitore fotoconduttiva, abbiamo progettato un reticolo plasmonico con 100 nm di Au larghezza, spaziatura 100 nm e 50 nm altezza, che consente la trasmissione di oltre il 70% di una pum ottica a 800 nmp attraverso le grate nanoscala nel substrato foto-assorbente 11, 12. La pompa ottico incidente da un laser Ti: zaffiro con una lunghezza d'onda centrale di 800 nm, 76 MHz frequenza di ripetizione, e 200 fsec larghezza di impulso è stato ben focalizzato in ogni dispositivo fabbricato (Figura 2a) e posizionato vicino all'elettrodo contatto anodo di massimizzare l'irradiata Potenza 13-15. Per massimizzare la potenza irradiata per l'emettitore fotoconduttivo convenzionale, il campo elettrico ottico era orientato ad estendersi in tutto il divario tra anodo e catodo elettrodi di contatto. Per il fotoconduttivo emettitore plasmonica, il campo elettrico era orientato perpendicolarmente al grigliati metallici. La potenza terahertz generata da ogni emettitore fotoconduttore è stata misurata utilizzando un rivelatore piroelettrico. Figura 2b mostra la radiazione terahertz misurata dal emettitori terahertz plasmoniche e convenzionali, di parte elettrica a 40 V, sotto vari poteri pompa ottici. L'icurva anrif mostra il corrispondente fotocorrente. Un aumento di potenza di radiazione superiore al 33 è stato osservato dal emettitore fotoconduttiva plasmonica in 0-25 mW di potenza della pompa ottica. Questo significativo miglioramento potere radiazione è dovuto i livelli elevati di fotocorrente generata quando impiegano elettrodi di contatto plasmonic. Figura 2c mostra la radiazione terahertz misurato rispetto fotocorrente raccolti per gli emettitori terahertz plasmonic e convenzionali. I dati rappresentati nel grafico include diverse tensioni di polarizzazione (10 - 40 V) in varie potenze pompa ottiche (5 - 25 mW). I punti di dati sono tutte curve-montato sulla stessa linea con una pendenza di 2, confermando la dipendenza quadratica della potenza della radiazione sulla fotocorrente indotta e il fatto che tutte le altre condizioni operative (comprese le specifiche antenna) sono gli stessi per il convenzionale e plasmonic prototipi emettitore fotoconduttori. figura 2D mostra la terahertz potere complefattore ement definita come il rapporto tra la potenza emessa dal terahertz terahertz emettitore plasmonica all'emettitore terahertz convenzionale. A bassi livelli ottici della pompa di alimentazione e di una tensione di polarizzazione di 30 V, si osservano potere fattori di aumento fino al 50 di uscita. Il fattore di accrescimento diminuisce leggermente più alti livelli di potenza pompa ottici e tensioni di polarizzazione superiori. Questo può essere spiegato con l'effetto di schermatura vettore, che dovrebbe incidere fotoconduttore plasmonica più che il fotoconduttore convenzionale, dal momento che sta generando più fotocorrente e separare un numero maggiore di coppie elettrone-lacuna. Infine, la potenza massima terahertz misurata dagli emettitori terahertz plasmonica e convenzionale sotto una pompa ottica 100 mW (figura 2e). La tensione di polarizzazione di ciascun dispositivo viene aumentata fino al punto di guasto del dispositivo. Al massimo, il fotoconduttore emettitore plasmonica produceva una potenza media di 250 μW, rispetto al 12 μW dell'emettitore fotoconduttivo convenzionale10.

Figura 1
Figura 1. Schema di principio e il funzionamento concetto di emettitori terahertz fotoconduttori. (A) Un convenzionale emettitore terahertz fotoconduttiva. (B) Un plasmonica fotoconduttiva terahertz emettitore incorporando elettrodi di contatto plasmonic. Clicca qui per ingrandire la figura .

Figura 2
Figura 2. Confronto di emettitori terahertz fotoconduttori convenzionali e plasmonica 10. (A) le immagini di dispositivi fabbricati. (B) la radiazione terahertz misurata dal emettitori terahertz plasmoniche e convenzionali, di parte elettrica a 40 V, sotto vari poteri pompa ottici. La curva inserto mostra il corrisponding fotocorrente. (c) radiazione terahertz misurata e fotocorrente raccolti per gli emettitori terahertz plasmoniche e convenzionali. I dati rappresentati nella trama comprende varie tensioni di polarizzazione (10 - 40 V) sotto varie potenze pompa ottici (5 - 25 mW). (D) Relativa enhancement potenza terahertz definita come il rapporto tra la potenza emessa dal terahertz plasmonica terahertz emettitore l'emettitore terahertz convenzionale. (e) Potenza massima terahertz misurata dagli emettitori terahertz plasmonica e convenzionale sotto una pompa ottica 100 mW. La tensione di polarizzazione di ciascun dispositivo viene aumentata fino al punto di guasto del dispositivo. Al massimo, il fotoconduttore emettitore plasmonica ha prodotto una potenza media di 250 μW, rispetto al 12 μW dell'emettitore fotoconduttiva convenzionale. Clicca qui per ingrandire la figura .

Figura 3. . Caratteristiche spettrali della plasmonica fotoconduttivo spettro di radiazione di emettitore 10 Radiation è misurato in risposta ad un impulso ottico 200 fsec dal modo bloccato Ti: zaffiro laser con lunghezza d'onda centrale 800 nm e 76 MHz frequenza di ripetizione in una configurazione spettroscopia terahertz dominio del tempo con rilevazione elettro-ottica. (a) Potenza irradiata nel dominio del tempo. (b) Potenza irradiata nel dominio della frequenza. I picchi osservati radiazioni circa 0,35 e 0,55 THz THz sono associati con i picchi di risonanza dell'antenna papillon impiegato, e il picco radiazioni circa 0,1 THz è associato con il picco di risonanza dell'antenna dipolo formato dalle linee di polarizzazione dell'antenna bowtie. clicca qui per ingrandire la figura .

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Discussion

In questo articolo video, presentiamo una tecnica di generazione terahertz fotoconduttivo romanzo che utilizza una configurazione di elettrodo di contatto plasmonica di migliorare l'efficienza di conversione ottico-terahertz da due ordini di grandezza. Il significativo aumento della potenza di radiazione terahertz dagli emettitori fotoconduttrici plasmonic presentati è molto utile per il futuro ad alta sensibilità terahertz imaging, la spettroscopia e spettrometria di sistemi utilizzati per l'identificazione chimica avanzata, l'imaging medico, biologico sensing, astronomia, atmosfera rilevamento, controlli di sicurezza, e caratterizzazione dei materiali.

Il focus di questo articolo il video è stata la dimostrazione degli effetti di elettrodi plasmonic nel migliorare la fotocorrente indotta in fotoconduttori ultraveloci e la potenza irradiata terahertz da emettitori terahertz fotoconduttori. Così, la scelta dell'architettura emettitore fotoconduttivo, terahertz radiante dell'antenna e mangimi polarizzazionenella nostra dimostrazione è stata arbitraria, e il concetto miglioramento può essere applicata in modo simile per migliorare la potenza di radiazione terahertz da emettitori fotoconduttori con una varietà di antenne terahertz con e senza interdigitated elettrodi di contatto e anche di grande superficie emettitori terahertz fotoconduttori sia pulsato e continuo operazione-wave. A questo proposito, il potere dei nostri prototipi di dispositivi di uscita può essere ulteriormente migliorata con l'uso di cavità di risonanza 3, 16, ampie aree attive del dispositivo, 17-22 e antenne con resistenza aumentata radiazioni e larghezza di banda 23, 24. Inoltre, l'efficienza quantica descritto meccanismo di potenziamento in fotoconduttori plasmonic può essere utilizzato per migliorare la responsività e rilevazione sensibilità dei rivelatori terahertz fotoconduttori, così 25-27.

Occorre notare che il passo più critico per l'attuazione di prestazioni plasmonic fotoconduttrici emettitori elevati terahertz è patterning gli elettrodi di contatto plasmoniche. Da un lato, maggiore assorbimento ottico di pompa e, quindi, maggiori rendimenti di conversione ottico-terahertz possono essere realizzati mediante l'uso di elevate dimensioni video plasmonic elettrodi di contatto. D'altra parte, sollevamento fuori caratteristiche metalliche di spessore con dimensioni caratteristiche nanoscala è impegnativo poiché richiede spessi strati resistere e, quindi, il più alto rapporto di aspetto degli elettrodi di contatto plasmonic è limitata alla risoluzione delle attuali strumenti di litografia a fascio elettronico.

Crediamo che il nostro lavoro si evolverà nel prossimo futuro, per spingere l'efficienza di conversione ottico-terahertz di emettitori fotoconduttori plasmonic da più di tre ordini di grandezza. A questo proposito, l'uso di elevato rapporto di formato elettrodi di contatto plasmonic incorporati all'interno della foto-assorbente semiconduttore 28-30 consente ultraveloci trasporto della maggior parte dei photocarriers alle fotoconduttore elettrodi di contatto e il loro efficiente contribution in generazione terahertz. Uso di elevato rapporto di formato elettrodi di contatto plasmonic incorporati all'interno della foto-assorbente semiconduttore elimina anche la necessità di utilizzare brevi carrier semiconduttori vita, che sono utilizzati per sopprimere la cc di emettitori fotoconduttori (in generale) e per evitare interferenze distruttive indesiderati in continuo onda emettitori fotoconduttori (in specifico). Eliminando la necessità di utilizzare brevi carrier semiconduttori a vita, che hanno minori mobilità vettore e una conducibilità termica 31 rispetto ai semiconduttori cristallini di alta qualità, avrebbe un impatto importante sul futuro di efficienza fotoconduttrici emettitori elevati terahertz elevata potenza e. Si potrebbe anche portare a una nuova generazione di emettitori terahertz fotoconduttori basata su foto-assorbente semiconduttori con funzionalità uniche (ad esempio emettitori fotoconduttori a base di grafene che traggono beneficio dalla mobilità portanti superiori o GaN-based emettitore fotoconduttivas che beneficiano superiore conduttività termica).

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Disclosures

Nessun conflitto di interessi dichiarati.

Acknowledgments

Gli autori desiderano ringraziare Picometrix per fornire il substrato LT-GaAs e con gratitudine riconoscere il sostegno finanziario da Michigan Spazio di Grant Consortium, DARPA Giovane Faculty Award gestito dal Dott. John Albrecht (contratto # N66001-10-1-4027), NSF CARRIERA Premio gestito dal Dott. Samir El-Ghazaly (contratto # N00014-11-1-0096), ONR Young Investigator Award gestito dal Dott. Paul Maki (contratto # N00014-12-1-0947), e ARO Young Investigator Award gestito da Il dottor Dev Palmer (contratto # 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

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