[发明专利]一种太赫兹波探测器

说明书

技术领域

本发明涉及一种波谱探测装置，尤其涉及一种在室温条件下对THz波实现高速、高灵敏度、高信噪比探测的波谱探测装置，属于太赫兹波探测研究技术领域。

背景技术

太赫兹(Terahertz，THz)辐射是对一个特定波段的电磁辐射的统称，通常是指频率在0.1THz～10THz(波长在3mm～30um)范围内的电磁波，它在电磁波谱中位于微波和红外辐射之间。在电子学领域里，这一波段的电磁波又被称作毫米波和亚毫米波；而在光谱学领域，它也被称为远红外线。

太赫兹辐射之所以引起我们浓厚的兴趣，是因为它具有很多独特的性质和广泛的应用前景。太赫兹波辐射源具有：宽频性、透视性、安全性等特性，所以它在物理、化学、生物医学等基础领域，以及反恐、假币识别、有无损成像、安全检查、光谱分析和雷达通讯方面有着重要的应用前景。

和太赫兹辐射源一样，太赫兹探测也是太赫兹科技中的另一关键技术，也是太赫兹技术应用投入到实际应用的另一关键环节。由于目前太赫兹光源的辐射功率普遍都比较低，而现有的太赫兹波探测器普遍具有响应速度慢(如热释电探测器)、探测频率窄(如肖特基二极管)、灵敏度差(如高莱探测器Golay cell)和需要低温工作(如测辐射热计)的缺点，因此发展一种高速、高灵敏度、高信噪且在室温条件下可以工作的太赫兹波探测器尤为重要。

Dyakonov and Shur于1993年首先用浅水波模型从理论上来解释场效应晶体管中等离子体波的不稳定性，得出在一定的边界条件下场效应晶体管中等离子体波可以辐射出THz波。他们于1996年发现二维电子气(2DEG)的不稳定性理论可以应用于THz波的探测，而且也从实验上实现了对太赫兹波的探测，但是这类器件普遍需要工作在低温下，且灵敏度较低，噪声比较大。

发明内容

鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种以高电子迁移率场效应晶体管(HEMT)为基本结构，辅以集成特殊的bowtie(蝶形)天线和低通滤波器的太赫兹波探测器，最终实现在室温条件下对THz波高速、高灵敏度、高信噪的探测。

本发明的上述目的，将通过以下技术方案得以实现：

一种太赫兹波探测器，包括透镜、探测元件、信号放大器及电源，所述探测元件以具有较高二维电子浓度的高电子迁移率场效应晶体管为基本结构单元，且所述场效应晶体管具有源电极、栅电极和漏电极，其特征在于：所述太赫兹波探测器的探测元件结构包括三个引线电极、三个低通滤波器以及一组太赫兹波耦合天线，所述场效应晶体管的三个电极与太赫兹波耦合天线相连，共同作为天线；并且所述三个电极分别通过低通滤波器与对应的引线电极相连。

进一步地，所述高电子迁移率场效应晶体管至少包括铝镓氮/镓氮晶体管和铝镓砷/镓砷晶体管等具有较高二维电子气浓度的晶体管中的一种。

本发明的上述目的，是通过以下技术方案制备实现的：

(1)首先对具有较高二维电子浓度的材料进行表面清洗，并通过激光划片得到预制片；

(2)使用紫外光刻法和等离子体刻蚀法，在预制片上刻蚀出有源区台面，包括二维电子气沟道、欧姆接触区域以及紫外光刻标记；

(3)使用原子层淀积法，在整个预制片表面生长一层三氧化二铝的绝缘栅介质，所述预制片表面包含有源区台面；

(4)利用紫外光刻和湿法腐蚀在欧姆接触区域制备出欧姆接触窗口；

(5)利用电子束蒸发法和lift-off剥离工艺制备出源、漏电极，并经高温退火使源、漏电极形成欧姆接触；

(6)依次通过紫外光刻、电子束蒸发和lift-off剥离工艺制备得到天线结构；通过电子束光刻、电子束蒸发和lift-off剥离工艺制备出纳米栅电极；并通过紫外光刻、电子束蒸发和lift-off剥离工艺制备加厚电极；

(7)采用半导体封装技术，对步骤(6)的成品进行封装。

实施本发明的技术方案，其创新优点体现在：

1、通过低通滤波器把天线跟引线电极隔离，能够保证天线的谐振性能，可以阻止由天线产生的高频THz波信号通过直导线向引线电极泄漏而导致器件响应度的下降；

2、克服了由于引线电极的谐振作用而产生的低频信号对探测结果的影响，从而提高探测器的灵敏度；

3、欧姆接触同时为源、漏电极和天线结构，使得器件结构紧凑，便于集成，为实现太赫兹波探测器的阵列化和大规模应用奠定基础。

附图说明

图1为本发明太赫兹波探测器一实施例探测元件的结构正视示意图；