核心概念
本文介紹了一種新型的基於界面功函數內光發射 (IWIP) 探測器的超高速超寬帶探測器,該探測器採用多種吸收機制,實現了從太赫茲到近紅外的 3-165THz 超寬帶覆蓋,並展示了高達 4.255GHz 的調製頻率響應速度。
摘要
文獻摘要
本研究論文介紹了一種基於界面功函數內光發射 (IWIP) 探測器的超高速超寬帶探測器,該探測器被稱為棘輪異質結 IWIP (HEIWIP) 探測器。
研究背景
- 航空航天技術和國家安全等領域的快速發展對高速探測和多波段聯合探測提出了重大挑戰。
- 高速探測在外差探測、超快光譜學、6G 感測通訊整合等方面發揮著關鍵作用。
- 多波段聯合探測與單波段探測相比,可提供多維資訊,從而提高效能和效率。
- 目前,適用於太赫茲波段的主要高速探測器包括光導天線 (PCA) 和肖特基勢壘二極體 (SBD) 等,但主要集中在較低的太赫茲波段 (<1.6THz)。
- 太赫茲量子阱探測器 (THz QWP) 的峰值頻率為 4.2 THz,但頻率範圍相對較窄。
- 超寬帶探測領域中,覆蓋太赫茲波段的主流探測器是熱探測器,例如 Golay 探測器,但其響應時間受限於毫秒級。
- 二維材料的使用為解決傳統熱探測器響應速度慢的問題提供了一種有前景的解決方案,但材料和製備工藝尚不成熟。
- 拓撲絕緣體、碲化物、鈣鈦礦和有機材料近年來在超寬帶探測方面也引起了廣泛關注,但大多數也基於熱效應,限制了其在高速探測中的應用。
HEIWIP 探測器的設計與原理
- HEIWIP 探測器採用多種吸收機制,包括自由載流子吸收 (FCA) 和價帶間躍遷 (IVBA),實現了從太赫茲到近紅外的完整光子類型探測。
- 該探測器採用棘輪異質結結構,有效抑制了暗電流,並在 20K 的溫度下實現了太赫茲探測。
實驗結果與分析
- 透過微波整流技術和高速調製太赫茲光對棘輪 HEIWIP 探測器的高速響應進行了詳細研究。
- 結果表明,隨著微波功率的增加,235 × 235μm2 棘輪 HEIWIP 探測器的 3dB 響應頻寬 f3dB 從 1.7GHz 增加到 5.1GHz。
- 使用太赫茲量子級聯雷射器 (QCL) 發射的 4.255GHz 調製太赫茲光成功地探測到了模間光拍頻訊號。
- 與其他超寬帶太赫茲探測器相比,棘輪 HEIWIP 探測器在探測範圍和響應速度方面具有優勢。
結論與展望
- 本文展示了一種超寬帶、超快的棘輪 HEIWIP 探測器,該探測器基於光子類型探測機制,能夠探測調製頻率高達 4.255GHz 的太赫茲光。
- 為了進一步提高器件的響應速度,需要最小化器件面積以減小電容,並應採用空氣橋來減輕寄生電感,從而減輕 RC 限制的影響。
統計資料
該探測器實現了從太赫茲到近紅外的 3-165THz 超寬帶覆蓋。
隨著微波功率的增加,235 × 235μm2 棘輪 HEIWIP 探測器的 3dB 響應頻寬 f3dB 從 1.7GHz 增加到 5.1GHz。
使用太赫茲量子級聯雷射器 (QCL) 發射的 4.255GHz 調製太赫茲光成功地探測到了模間光拍頻訊號。
引述
“利用成熟的半導體,透過多種吸收機制,在不同波長範圍內全面吸收,實現全光子型探測,是解決這一困境的有效途徑。”
“與其他超寬帶太赫茲探測器相比,棘輪 HEIWIP 探測器在探測範圍和響應速度方面具有優勢。”