【摘要】：隨著半導(dǎo)體技術(shù)的快速發(fā)展,光子學(xué)區(qū)域與電子學(xué)區(qū)域的電磁波已經(jīng)被廣泛的研究,介于這兩區(qū)域頻段之間的太赫茲波發(fā)展前景非常廣闊,但是光學(xué)理論和微波理論都不能精確描述太赫茲波的性質(zhì),因此沒有特別成熟的技術(shù)來支持太赫茲波的產(chǎn)生和檢測。Dyakonov和Shur分別于1993年及1996年提出利用柵控二維電子氣溝道中等離子體的不穩(wěn)定、激發(fā)和震蕩等行為來研究太赫茲波的輻射、探測及太赫茲波的混頻。此理論研究為太赫茲波的產(chǎn)生與檢測工作奠定了理論基礎(chǔ)。現(xiàn)階段以半導(dǎo)體器件為核心的固態(tài)THz器件受到人們青睞,由于其成熟穩(wěn)定的制作工藝,并且易于集成。所以本論文選擇場效應(yīng)晶體管作為太赫茲信號的固態(tài)輻射源和探測器件,基于Dyakonov和Shur的理論,主要研究微器件中量子效應(yīng)等物理因素對器件宏觀表現(xiàn)的影響,進(jìn)而分析場效應(yīng)晶體管中的太赫茲輻射與響應(yīng),為實(shí)驗(yàn)方面的研究提供理論支持,具體工作內(nèi)容如下:(1)基于量子流體力學(xué)的基本理論和基本模型對THz等離子體波的不穩(wěn)定增益(oscil-lation increment)和振蕩頻率進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析和數(shù)值模擬。在考慮電子擴(kuò)散電流密度的情況下,分析在不對稱邊界條件下量子效應(yīng)、電子與聲子和雜質(zhì)碰撞的外部摩擦、電子的熱運(yùn)動、電子擴(kuò)散電流密度、電子交換相互作用對場效應(yīng)管中電流不穩(wěn)定性的影響。(2)電子與聲子和雜質(zhì)碰撞的外部摩擦和粘度引起的內(nèi)部摩擦?xí)璧K等離子體波的增長,但是粘度對等離子體波不穩(wěn)定性的具體影響還沒有被研究過,所以基于流體力學(xué)模型添加了粘度項(xiàng),具體分析了增加粘度項(xiàng)之后電子擴(kuò)散電流密度、量子效應(yīng)、電子交換相互作用、電子與聲子和雜質(zhì)碰撞的外部摩擦對場效應(yīng)管中等離子體波不穩(wěn)定性影響。(3)在溝道近似條件下利用流體力學(xué)理論建立Dyakonov-Shur模型,描述太赫茲信號在高遷移率場效應(yīng)管中響應(yīng)電壓隨溝道長度的變化關(guān)系。研究結(jié)果表明響應(yīng)電壓的行為類似于舒布尼科夫-德哈斯(SDH)的量子振蕩。在考慮電子熱運(yùn)動和電子擴(kuò)散電流密度的情況下,通過對Dyakonov-Shur模型偏微分方程求解。得到其一階解和二階解響應(yīng)解析式,利用Matlab仿真得到數(shù)值模擬圖像,分析了物理意義。
【圖文】：

3mm，在電磁頻譜中的位置位于微波與紅外波之間，如圖1.1所示，在高頻段與光學(xué)領(lǐng)域的遠(yuǎn)紅外輻射（farinfrared,簡稱為FIR）重合，在低頻方向與電子學(xué)領(lǐng)域的毫米波（millimeter wave，簡稱為MMW）、亞毫米波（submillimeter wave，，簡稱為SMMW）重合。所以在此以前，科學(xué)家們將其統(tǒng)稱為“遠(yuǎn)紅外射線”[2]。到目前為止，電磁波譜中大部分波段都得到了廣泛研究和應(yīng)用，太赫茲波處于經(jīng)典理論向微觀量子理論過渡區(qū)域，是唯一尚未完全被開發(fā)利用的電磁波頻段

藥品質(zhì)量監(jiān)管是主要的應(yīng)用，保證藥品品質(zhì)。2、THz成像技術(shù): 太赫茲成像技術(shù)與日常見到的成像技術(shù)類似，是通過太赫茲射線照射檢測物品，然后利用反射得到的信息來進(jìn)行成像，如圖1.2所示為太赫茲手槍模型成像。脈沖成像技術(shù)與連續(xù)成像技術(shù)構(gòu)成了太赫茲成像的兩種主要技術(shù)方式，其中脈沖成像技術(shù)具備著太赫茲時域光譜技術(shù)的特點(diǎn)，而且它還能以通過對物質(zhì)集團(tuán)功能成像的方式來對物質(zhì)內(nèi)部的折射率分布進(jìn)行獲取，比如，以人類的牙齒為樣品，就會很容易地分辨牙齒的正常與齲蛀部分，而不需要用傳統(tǒng)X光照射的方法，大大減少了對人體的損害。圖1.2 THz手槍模型成像[10]3、THz雷達(dá): THz信號可以對空中很小的目標(biāo)進(jìn)行更加精準(zhǔn)的檢測與定位，其實(shí)本質(zhì)上也是成像的一種（如圖1.3為太赫茲坦克模型雷達(dá)成像）。通常應(yīng)用于軍事飛行上的隱形技術(shù)，主要原理是機(jī)身可以對雷達(dá)波進(jìn)行吸收或者是散射，從而使得雷達(dá)無法對其進(jìn)行檢測
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN386

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2598850