Diseño, Fabricación y Caracterización Experimental de Plasmónicos Emisores terahercios fotoconductoras
Summary
Se describen métodos para el diseño, fabricación y caracterización experimental de los emisores fotoconductoras plasmónica, que ofrecen dos órdenes de niveles de potencia más altos terahercios magnitud en comparación con los emisores fotoconductoras convencionales.
Abstract
En este artículo de vídeo se presenta una demostración detallada de un método altamente eficiente para la generación de las ondas de terahercios. Nuestra técnica se basa en fotoconducción, que ha sido una de las técnicas más utilizadas para la generación de terahertz 1-8. Generación de terahercios en un emisor de fotoconductora se logra mediante el bombeo de un fotoconductor ultrarrápido con una iluminación láser pulsado o heterodina. La fotocorriente inducida, que sigue a la envolvente de la bomba de láser, se encamina a una antena radiante de terahercios conectado a los electrodos de contacto del fotoconductor para generar la radiación de terahercios. Aunque la eficiencia cuántica de un emisor de fotoconductora puede alcanzar teóricamente 100%, las relativamente largas longitudes de trayecto de transporte de portadores foto-generados a los electrodos de contacto de fotoconductores convencionales han limitado gravemente su eficiencia cuántica. Además, el efecto de la detección de portadores y la descomposición térmica limitan estrictamente el p salida máximaower de las fuentes de terahertz fotoconductoras convencionales. Para hacer frente a las limitaciones de eficiencia cuántica de emisores de terahercios fotoconductoras convencionales, hemos desarrollado un nuevo concepto emisor fotoconductora que incorpora una configuración de electrodo de contacto plasmónica para ofrecer alta eficiencia cuántica y funcionamiento ultrarrápido simultáneamente. Mediante el uso de electrodos de contacto plasmónicas nano escala, se reduce significativamente la trayectoria de transporte portadora fotogenerada promedio de electrodos de contacto fotoconductor en comparación con fotoconductores convencionales 9. Nuestro método también permite aumentar la superficie activa del fotoconductor sin un aumento considerable de la carga capacitiva a la antena, aumentando la potencia máxima de la radiación de terahercios mediante la prevención de los efectos de detección de portador y la descomposición térmica a altas potencias de bombeo óptico. Mediante la incorporación de electrodos de contacto plasmónica, se demuestra la mejora de la eficiencia de conversión de potencia óptica-a-terahercios de un fotoconductor TE convencionalrahertz emisor por un factor de 50 10.
Introduction
Nosotros presentamos un nuevo emisor de terahercios fotoconductora que utiliza una configuración de electrodo de contacto plasmónica para mejorar la eficiencia de conversión óptica-a-terahercios por dos órdenes de magnitud. Nuestra técnica se ocupa de las limitaciones más importantes de emisores convencionales fotoconductoras terahertz, es decir, bajo la producción de energía y la escasa eficiencia de energía, que se originan a partir de la compensación inherente entre la alta eficiencia cuántica y operación ultrarrápida de fotoconductores convencionales.
Una de las novedades clave en nuestro diseño que llevaron a esta mejora de rendimiento a saltos es el diseño de una configuración de electrodo de contacto que se acumula un gran número de portadores foto-generados en las proximidades de los electrodos de contacto, de manera que puedan ser recogidos dentro de un sub- picosegundo calendario. En otras palabras, la solución de compromiso entre la operación ultrarrápida fotoconductor y alta eficiencia cuántica se mitiga por la manipulación espacial de la foto-génerosportadores Ted. Electrodos de contacto Plasmónicos ofrecen esta capacidad única de (1) que permite el confinamiento de luz en áreas activas de dispositivos a nanoescala entre los electrodos plasmónicas (más allá del límite de difracción), (2) mejora extraordinaria luz al contacto de metal y foto-absorción de la interfaz semiconductor 10, 11. Otro atributo importante de nuestra solución es que tiene capacidad para grandes áreas activas del fotoconductor sin un aumento considerable de la carga parasitaria a la antena radiante de terahercios. La utilización de grandes áreas activas fotoconductor permiten mitigar el efecto de detección de portador y la descomposición térmica, que son las limitaciones en última instancia para la potencia máxima de la radiación de emisores fotoconductoras convencionales. Este artículo de vídeo se concentra en los atributos únicos de nuestra solución presentada mediante la descripción de la física que gobierna, modelación numérica, y la verificación experimental. Se demuestra experimentalmente 50 veces más altos poderes de terahercios de una Phot plasmónicaemisor oconductive en comparación con un emisor de fotoconductora similar con electrodos de contacto no plasmónica.
Protocol
Representative Results
Discussion
En este artículo de vídeo, se presenta una técnica de generación de terahercios fotoconductora novedoso que utiliza una configuración de electrodo de contacto plasmónica para mejorar la eficiencia de conversión óptica-a-terahercios por dos órdenes de magnitud. El aumento significativo de la potencia de radiación de terahercios desde los emisores fotoconductoras plasmónicas presentados es muy valiosa para el futuro de alta sensibilidad de terahercios formación de imágenes, la espectroscopia y sistemas de esp…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores desean agradecer a Picometrix para proporcionar el sustrato LT-GaAs y agradecen el apoyo financiero de Michigan Espacio Beca Consorcio, DARPA Premio Joven Facultad dirigido por el Dr. John Albrecht (contrato # N66001-10-1-4027), NSF CARRERA Premio dirigido por el Dr. Samir El-Ghazaly (contrato # N00014-11-1-0096), ONR Premio Joven Investigador dirigido por el Dr. Paul Maki (contrato # N00014-12-1-0947), y ARO Premio Joven Investigador gestionado por Dr. Dev. Palmer (contrato # W911NF-12-1-0253).
Materials
| 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 | |
| Pyroelectric 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 |
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