太赫茲光電子學的研究與應用涉及電磁學、半導體物理學、光電子學、材料科學以及微加工技術等多個學科。太赫茲探測器是太赫茲技術應用的關鍵器件之一。本論文主要研究幾種典型的二維材料體系的太赫茲探測器件,通過理論模擬、材料生長、器件制備與測試,實現了基于石墨烯與黑磷等二維材料體系的的太赫茲與紅外探測,在材料研究基礎上,設計深亞波長光電耦合結構增強太赫茲與紅外器件的響應性能,探索室溫工作的熱電子探測器件,提高器件的光電轉換效率。本論文主要的創(chuàng)新點與貢獻如下:1.零帶隙石墨烯是一種非常獨特的光電材料,在很寬的光譜范圍內受光激發(fā)而產生電子-空穴對,而帶內光躍遷更使其光吸收范圍擴展至遠紅外和太赫茲波段。在太赫茲探測領域,我們構建天線增強石墨烯材料的太赫茲探測器件,優(yōu)化設計對數周期天線太赫茲耦合結構,然后,建立系統(tǒng)而完整的器件制備流程。在探索機理過程中,提出太赫茲波段熱電子探測機理;然后從調控石墨烯探測與金屬修飾石墨烯探測的兩個方面解釋熱電子探測機理,進一步研究石墨烯系列的太赫茲探測器件。實驗結果表明,室溫下石墨烯探測器具有良好的太赫茲探測性能,可實現寬頻、高速、高靈敏度、高信噪的探測,同時可實現調控石墨... 

【文章來源】：中國科學院大學(中國科學院上海技術物理研究所)上海市

【文章頁數】：108 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

電磁波譜及從可見到射頻波段的地球大氣衰減

茲無線通信技術有望使單個信道的信息傳輸容量提升幾百倍。與微波通信相比，太赫茲波通信具有通訊帶寬大、方向性好、保密性強、安全性高等特點。太赫茲獨特的性質決定了太赫茲技術有著廣闊的應用前景，如圖1.2所示，太赫茲區(qū)域具有與基本物理過程相關的光譜特征，如分子的旋轉躍遷、有機化合物的大振幅振動、固體的晶格振動、半導體的帶內躍遷以及超導體中的能帶帶隙相關。太赫茲輻射與毗鄰區(qū)域的無線電波和紅外線的輻射相比，在大氣分子的旋轉譜線中，太赫茲波段帶顯示了極高的大氣不透明性。特別地，水蒸氣的吸收是太赫茲在大氣中衰減的主要因素，在太赫茲應用方案中，水的吸收是一個非常重要的考慮因素。此外，光譜線形狀提供了關于分子碰撞微觀機制的關鍵信息，高分辨率的太赫茲光譜被用來監(jiān)測地球大氣和觀察星際介質中的分子。同時，在太赫茲區(qū)域的有機分子和生物分子的光譜特征與大振幅振動和分子間相互作用有關

赫茲成像可應用于無損檢測，以檢查密封包裝，同時，在太赫茲地區(qū)，水具有很高的吸收率，且金屬物體具有高反射性，很容易區(qū)分含水物體與金屬物體，這種性質區(qū)別可以用于安全應用場合。如圖1.3所示，太赫茲成像技術用于識別隱藏在包裝材料下的武器、爆炸物和非法藥物等，所以太赫茲在國家安全、反恐方面的應用有著獨特的優(yōu)勢。利用太赫茲可以穿透物質的特性，英國研制太赫茲攝像機且已在機場安全檢查方面進行試用；美國國家實驗室和田納西大學合作，開展“穿墻計劃”，即利用太赫茲成像技術從外部獲得墻內信息。此外，利用太赫茲波譜可以快速、有效的檢查和識別毒品，美國已開展用太赫茲譜技術檢查郵件包裹等項目，包括太赫茲化學和生物制品的檢測。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Recent progress of ZnMgO ultraviolet photodetector[J]. 楊佳霖,劉可為,申德振.  Chinese Physics B. 2017(04)
[2]Devices and applications of van der Waals heterostructures[J]. Chao Li,Peng Zhou,David Wei Zhang.  Journal of Semiconductors. 2017(03)



本文編號：3381560