太赫茲光電子學(xué)的研究與應(yīng)用涉及電磁學(xué)、半導(dǎo)體物理學(xué)、光電子學(xué)、材料科學(xué)以及微加工技術(shù)等多個(gè)學(xué)科。太赫茲探測(cè)器是太赫茲技術(shù)應(yīng)用的關(guān)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(cè)器件,通過理論模擬、材料生長(zhǎng)、器件制備與測(cè)試,實(shí)現(xiàn)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(cè),在材料研究基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)深亞波長(zhǎng)光電耦合結(jié)構(gòu)增強(qiáng)太赫茲與紅外器件的響應(yīng)性能,探索室溫工作的熱電子探測(cè)器件,提高器件的光電轉(zhuǎn)換效率。本論文主要的創(chuàng)新點(diǎn)與貢獻(xiàn)如下:1.零帶隙石墨烯是一種非常獨(dú)特的光電材料,在很寬的光譜范圍內(nèi)受光激發(fā)而產(chǎn)生電子-空穴對(duì),而帶內(nèi)光躍遷更使其光吸收范圍擴(kuò)展至遠(yuǎn)紅外和太赫茲波段。在太赫茲探測(cè)領(lǐng)域,我們構(gòu)建天線增強(qiáng)石墨烯材料的太赫茲探測(cè)器件,優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)數(shù)周期天線太赫茲耦合結(jié)構(gòu),然后,建立系統(tǒng)而完整的器件制備流程。在探索機(jī)理過程中,提出太赫茲波段熱電子探測(cè)機(jī)理;然后從調(diào)控石墨烯探測(cè)與金屬修飾石墨烯探測(cè)的兩個(gè)方面解釋熱電子探測(cè)機(jī)理,進(jìn)一步研究石墨烯系列的太赫茲探測(cè)器件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,室溫下石墨烯探測(cè)器具有良好的太赫茲探測(cè)性能,可實(shí)現(xiàn)寬頻、高速、高靈敏度、高信噪的探測(cè),同時(shí)可實(shí)現(xiàn)調(diào)控石墨... 

【文章來源】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所)上海市

【文章頁數(shù)】：108 頁

【學(xué)位級(jí)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(shù)有望使單個(gè)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(qiáng)、安全性高等特點(diǎn)。太赫茲獨(dú)特的性質(zhì)決定了太赫茲技術(shù)有著廣闊的應(yīng)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(guān)的光譜特征，如分子的旋轉(zhuǎn)躍遷、有機(jī)化合物的大振幅振動(dòng)、固體的晶格振動(dòng)、半導(dǎo)體的帶內(nèi)躍遷以及超導(dǎo)體中的能帶帶隙相關(guān)。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(zhuǎn)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(yīng)用方案中，水的吸收是一個(gè)非常重要的考慮因素。此外，光譜線形狀提供了關(guān)于分子碰撞微觀機(jī)制的關(guān)鍵信息，高分辨率的太赫茲光譜被用來監(jiān)測(cè)地球大氣和觀察星際介質(zhì)中的分子。同時(shí)，在太赫茲區(qū)域的有機(jī)分子和生物分子的光譜特征與大振幅振動(dòng)和分子間相互作用有關(guān)

赫茲成像可應(yīng)用于無損檢測(cè)，以檢查密封包裝，同時(shí)，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(zhì)區(qū)別可以用于安全應(yīng)用場(chǎng)合。如圖1.3所示，太赫茲成像技術(shù)用于識(shí)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(guó)家安全、反恐方面的應(yīng)用有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。利用太赫茲可以穿透物質(zhì)的特性，英國(guó)研制太赫茲攝像機(jī)且已在機(jī)場(chǎng)安全檢查方面進(jìn)行試用；美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和田納西大學(xué)合作，開展“穿墻計(jì)劃”，即利用太赫茲成像技術(shù)從外部獲得墻內(nèi)信息。此外，利用太赫茲波譜可以快速、有效的檢查和識(shí)別毒品，美國(guó)已開展用太赫茲譜技術(shù)檢查郵件包裹等項(xiàng)目，包括太赫茲化學(xué)和生物制品的檢測(cè)。

【參考文獻(xiàn)】：
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(hào)：3381560