高速太赫茲調(diào)制器的研究.pdf

1、由于太赫茲波具有許多優(yōu)點(diǎn)，如較小的光子能量、優(yōu)良的相干性和高透過率，在過去的二十年中，太赫茲技術(shù)吸引了各個(gè)領(lǐng)域的研究者。隨著太赫茲技術(shù)在多個(gè)領(lǐng)域有著越來越多的應(yīng)用，尤其在無線通信、安全檢查、生物醫(yī)學(xué)和環(huán)境監(jiān)測等方面的巨大應(yīng)用潛力，太赫茲技術(shù)的研究逐漸成為各國企業(yè)、高校和研究機(jī)構(gòu)的研究重點(diǎn)。由于現(xiàn)代社會(huì)對無線通信的需求越來越迫切，太赫茲通信系統(tǒng)近來已成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。在太赫茲技術(shù)眾多的重要應(yīng)用中，我們主要研究了太赫茲通信系統(tǒng)中的核心器件之

2、一—太赫茲調(diào)制器。
　　在本文中，我們對基于高電子遷移率晶體管（HEMT）/開口諧振環(huán)(SRR)復(fù)合結(jié)構(gòu)的太赫茲波調(diào)制器的工作原理及光電特性進(jìn)行了分析，設(shè)計(jì)并制備了具有超高調(diào)制速率的電控HEMT/SRR太赫茲波調(diào)制器，用于實(shí)現(xiàn)對入射太赫茲波進(jìn)行的幅度調(diào)制。該調(diào)制器由高電子遷移率晶體管陣列，金屬諧振環(huán)陣列和兩塊用于施加電壓的金屬板構(gòu)成。在金屬板上施加電壓時(shí)，調(diào)制器內(nèi)HEMT的InGaAs溝道層的厚度和寬度均會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而引起二維電

3、子氣(2DEG)密度變化，伴隨著二維電子氣的密度變化，該調(diào)制器能實(shí)現(xiàn)對入射的太赫茲波進(jìn)行幅度調(diào)制。通過使用太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)(THz-TDS)測試，該器件在0到-3 V的靜態(tài)電壓下對太赫茲波(0.57 THz)的調(diào)制深度達(dá)到約28％。而在高頻交流電壓下，該調(diào)制器會(huì)對太赫茲波呈現(xiàn)高速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。我們的測試結(jié)果顯示，調(diào)制速率高達(dá)10.6 MHz，而最大的調(diào)制速率估計(jì)可達(dá)到11 MHz。隨著對其電阻和電容的進(jìn)一步優(yōu)化，該太赫茲調(diào)制器的調(diào)制速度

4、有望達(dá)到更高。
　　本論文的主要研究內(nèi)容為:
　　(1)研究了太赫茲調(diào)制器的結(jié)構(gòu)及其工作原理，設(shè)計(jì)了一種基于HEMT/SRR復(fù)合結(jié)構(gòu)的電控太赫茲調(diào)制器;
　　(2)以分子束外延(MBE)技術(shù)生長的GaAs-HEMT為基底，運(yùn)用成熟的半導(dǎo)體工藝制備了源漏極、柵極和HEMT表面的金屬超材料諧振環(huán)陣列，完成了基于HEMT/SRR復(fù)合結(jié)構(gòu)的電控太赫茲調(diào)制器的制備;
　　(3)使用太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)(THz-TDS)，測量