'

Планарные плазмонные кристаллы как среда для обработки терагерцовых сигналов

Понравилась презентация – покажи это...





Слайд 0

Планарные плазмонные кристаллы как среда для обработки терагерцовых сигналов Фатеев Д.В. Саратовский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН, лаборатория фотоники, г. Саратов Лаборатория «Метаматериалы» раздел «Исследование свойств плазмонных кристаллов» e-mail: FateevDV@yandex.ru 1


Слайд 1

Содержание Терагерцовые электромагнитные волны Двумерные плазмоны в полупроводниковых структурах Плазмоны в транзисторных структурах с периодическим решеточным затвором Детектирование терагерцового излучения в транзисторных структурах с периодическим решеточным затвором Выводы 2


Слайд 2

http://www.rezonator.net/gipotezy-i-teorii/teoreticheskie-osnovy-chast-2 Электромагнитный спектр 3


Слайд 3

Применения терагерцового излучения Биология и медицина: молекулярные сенсоры Обнаружение и идентификация взрывчатых и вредных химических и биологических веществ Неразрушающая дефектоскопия Терагерцовая томография Антитеррористический контроль А ТАКЖЕ: Метеоконтроль Радиоастрономия Диагностика термоядерной плазмы Радары высокого разрешения Направленная (скрытая) связь Беспроводные межсоединения в интегральных схемах Мобильный Интернет Терагерцовое излучение сравнительно БЕЗВРЕДНО для человеческого организма! 4


Слайд 4

Терагерцовая щель Electronics From: M. Tonouchi, Nature Photon. 1, 97 (2007) 5


Слайд 5

частоты плазмонов в двумерных электронных системах находятся в терагерцовом частотном диапазоне классический характер плазменных колебаний – нет квантовых ограничений в терагерцовом диапазоне плазмонный отклик может быть как широкополосным, так и частотно-селективным возможность широкой электрической перестройкой частоты плазмонного резонанса возможность электрического считывания и возбуждения плазмонного отклика плазмонный отклик является быстродействующим Плазмоны в двумерных электронных системах


Слайд 6

Содержание Терагерцовые электромагнитные волны Двумерные плазмоны в полупроводниковых структурах Плазмоны в транзисторных структурах с периодическим решеточным затвором Детектирование терагерцового излучения в транзисторных структурах с периодическим решеточным затвором Выводы 7


Слайд 7

3D - + 2D (неэкранированные) d 2D (экранированные) 2DEG 2DEG Дисперсионные соотношения для плазменных волн 8


Слайд 8

Плазмонные моды в полевом транзисторе с 2D электронным каналом R.H. Ritchie, PR (1957) F. Stern, PRL (1967) Межконтактные 2D плазмоны Подзатворные 2D плазмоны (kd << 1) А.В. Чаплик, ЖЭТФ (1972) M.Dyakonov, M.Shur, PRL (1993) k k S>>Vdrift (!!!) S D G w L d 2D электронный канал 9


Слайд 9

InGaAs гетеротранзистор с 2D электронным каналом для генерации ТГц излучения Коллектив разработчиков Институт радиотехники и электроники РАН, г.Саратов, Россия Университет г.Монпелье, Франция Институт электроники, микроэлектроники и нанотехнологии, г.Лилль, Франция Политехнический институт Ренсселаера г.Троя, США 60 нм затвор 10 Lusakowski, Teppe, Dyakonova, Meziani, Knap, Parenty, Bollaert, Cappy, Popov, Shur / physica status solidi-a (2005)


Слайд 10

Размер обычного одиночного плазмонного транзистора гораздо меньше площади поперечного сечения ТГц пучка Минусы одиночного транзистора: Рабочие частоты малы Плазмоны слабо связаны с ТГц излучением Необходим антенный элемент HEMT Поперечное сечение ТГц пучка Недостатки транзисторов с одиночным затвором 11


Слайд 11

Содержание Терагерцовые электромагнитные волны Двумерные плазмоны в полупроводниковых структурах Плазмоны в транзисторных структурах с периодическим решеточным затвором Детектирование терагерцового излучения в транзисторных структурах с периодическим решеточным затвором Выводы 12


Слайд 12

Структура полевого транзистора с 2D электронным каналом и решеточным затвором большой площади Вид сверху СТМ Вид сверху оптическая микрофотография 13


Слайд 13

Электродинамическое описание транзисторной структуры с решеточным затвором и 2D электронным каналом Шаг 1: Фурье-гармоники продольного электрического поля в плоскости канала и затвора Шаг 2: Материальные уравнения Шаг 3: Система интегральных уравнений в плоскости затвора и 2D плазмы Шаг 4: Процедура Галеркина


Слайд 14

Плазмонные резонансы в AlGaN/GaN полевом транзисторе с узкощелевым решеточным затвором Частота, TГц Коэффициент поглощения 0.1 µm 0.3 µm Grating-slit width: 0.5 µm Ширина затворного электрода 1 мкм T = 300 K 1 – 77K; 2 – 120K 3 – 170K; 4 – 295K w = 1.1 мкм; s = 0.4 мкм Площадь затвора 2х2 мм Эксперимент Теория A.V. Muraviev et al. APL (2010) В.В. Попов, Г.М. Цымбалов, Т.В. Теперик, Д.В. Фатеев, М.С. Шур // Известия РАН. Серия физическая, 2007 15


Слайд 15

Плазмонные моды в структуре полевого транзистора с пространственно периодическим 2D электронным каналом Интенсивность плазмонного резонанса падает на два порядка величины при обеднении межконтактных областей 2D канала Резонансные возбуждения межконтактных плазмонов могут значительно усилить подзатворные плазмонные резонансы Д.В. Фатеев, В.В. Попов, M.S. Shur // ФТП, 2010 Подзатворный плазмон Межконтактный плазмон 14


Слайд 16

Плазмонные резонансы в структуре с решеточным затвором на мембранной подложке V.V. Popov, D.V. Fateev, O.V. Polischuk, M.S. Shur // Optics Express, 2010 В структуре с мембранной подложкой подавляется отраженная ТГц волна В структуре с мембранной подложкой коэффициент связи плазмонов с ТГц волной увеличивается в два раза по сравнению со структурой на объемной подложке


Слайд 17

Содержание Терагерцовые электромагнитные Двумерные плазмоны в полупроводниковых структурах Плазмоны в транзисторных структурах с периодическим решеточным затвором Детектирование терагерцового излучения в транзисторных структурах с периодическим решеточным затвором Выводы 18


Слайд 18

Плазмонное детектирование ТГц излучения Нерезонансное детектирование: Резонансное детектирование: Гидродинамические уравнения: L Постоянный ток увеличивает амплитуду детектирования Постоянный ток уменьшает затухание плазменной волны время релаксации плазмона D. Veksler et al. (2006) M. Dyakonov, M Shure // IEEE Trans., 1996


Слайд 19

20 Фотоотклик транзисторной структуры с решеточным затвором и пространственно-периодическим 2D электронным каналом Эффекты увлечения электронов 2D плазмонами и электрострикция 2D электронной плазмы включены в число основных достижений Российской академии наук за 2006 и 2007 годы. G.R Aizin, D.V. Fateev, G.M. Tsymbalov, V.V. Popov // Appl. Phys. Lett., 2007


Слайд 20

Measured Photoresponse 240 GHz LG1/LG2=100/300 nm VthG2 VG1=0 VG2=0 VthG1 X.G. Peralta et al. APL (2002) E.A. Shaner et al, APL (2005) T = 300 K (Nonresonant detection) T = 20 K (Resonant detection) Responsivity 200 mV/W Slit-grating gate: K.V. Maremyanin, D.M. Ermolaev, D.V. Fateev, C.V. Morozov, N.A. Maleev, V.E. Zemlyakov, V.I. Gavrilenko, V.V. Popov, S.Yu. Shapoval, Tech. Phys. Lett. (2010) D. Coquillat et al. Opt. Exp. (2010)


Слайд 21

Транзисторная структура с двойным решеточным затвором и 2D электронным каналом 2D электронный канал решеточный затвор 22


Слайд 22

Терагерцовая фоточувствительность транзисторной двухрешеточной структуры 23


Слайд 23

Терагерцовая фоточувствительность транзисторной двухрешеточной структуры 24 Responsivity, V/W


Слайд 24

Сравнительные характеристики неохлаждаемых детекторов ТГц диапазона


Слайд 25

Выводы Двумерная электронная система с решеточным затвором образует планарный плазмонный кристалл, в котором возбуждаются интенсивные и высокодобротные коллективные плазмонные моды Плазмонные моды эффективно возбуждаются падающим ТГц излучением в транзисторных структурах с узкощелевым решеточным затвором на мембранной подложке в широкой полосе частот Полевой транзистор с решеточным затвором и 2D электронным каналом может использоваться для детектирования ТГц излучения без использования дополнительных антенных элементов. Использование геометрически асимметричной ячейки в транзисторной в структуре с двойным решеточным затвором приводит к росту ТГц фоточувствительности на два порядка величины и выше. 26


Слайд 26

Спасибо за внимание 27 Проект «Детектирование и генерация терагерцового излучения на основе плазмонных эффектов в массивах нанотранзисторов и транзисторных решетках с двумерным электронным газом» Программы фундаментальных исследований Президиума РАН «Основы фундаментальных исследований нанотехнологий и наноматериалов». Проект РФФИ № 09-02-00395 по теме «Взаимодействие терагерцового излучения с плазменными волнами в гетероразмерных и многоканальных нанотранзисторах». Совместный российско-французский проект РФФИ­НЦНИ Франции № 10-02-93120 «Плазмонные явления и детектирование терагерцового излучения в периодических транзисторных структурах с асимметричной элементарной ячейкой». Совместный российско-японскому проекту РФФИ­ЯФ № 11-02-92101 «Исследование электромагнитной связи плазмонов с терагерцовым излучением в полупроводниковых наноструктурах». Лаборатория входит в состав Международного научного объединения (ЕНО) «Полупроводниковые источники и детекторы в области терагерцовых частот».


Слайд 27

Плазмонные устройства в ТГц диапазоне ТГц детекторы и смесители ТГц генераторы M. Dyakonov, M. Shur, IEEE T-ED (1996) K. Guven et al., PRB (1997) V. Ryzhii et al., JAP (2002) W. Knap et al., APL, JAP (2002) X.G. Peralta et al., APL (2002) A. Satou et al., SST (2003) V.V. Popov et al., JAP (2003) V. Ryzhii et al., JAP (2003) F. Teppe et al., APL (2005) I.V. Kukushkin et al., APL (2005) M. Lee et al. APL (2005) D. Veksler et al., PRB (2006) V.M. Muraviev et al., JETP Lett. (2009) A. Lisauskas et al. JAP (2009) M. Dyakonov, M. Shur, PRL (1993) K. Hirakawa, APL (1995) K. D. Maranowski, APL (1996) V.V. Popov et al., Physica A (1997) S.A. Mikhailov, PRB (1998); APL (1998) P. Bakshi et al., APL (1999) N. Sekine at al., APL (1999) R. Bratshitsch et al., APL (2000) Y. Deng at al., APL (2004) W. Knap et al., APL (2004) M. Dyakonov and M.S.Shur, APL (2005) N. Dyakonova et al., APL (2006) Y.M. Meziani et al. APL (2008) A. El Fatimy et al. JAP (2010) 28


×

HTML:





Ссылка: