【摘要】：由于太赫茲電磁波獨(dú)特的特點(diǎn),使得太赫茲技術(shù)在物體成像、寬帶移動(dòng)通信、射電天文、環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療診斷等方面具有巨大的科學(xué)研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用價(jià)值。高電子遷移率晶體管(HEMT)是一種常用的高頻器件。柵極長(zhǎng)度為亞微米級(jí)的高電子遷移率晶體管中所激發(fā)產(chǎn)生的等離子體波恰好落在太赫茲范圍。共振隧穿二極管(RTD)是一種常用的高頻二端口元件,具有負(fù)微分電阻的特性,能夠抵消電阻帶來(lái)的能量損耗。高電子遷移率晶體管和共振隧穿二極管非常適合制造太赫茲器件。本文基于高電子遷移率晶體管以及共振隧穿二極管各自的特性,利用共振隧穿二極管元件抵消等離子體波在溝道傳輸過(guò)程中引起的損耗,從而實(shí)現(xiàn)功率增益。文中詳細(xì)分析了高電子遷移率晶體管中的等離子體波和共振隧穿二極管的工作原理。在此基礎(chǔ)上,本文設(shè)計(jì)了基于III-V半導(dǎo)體的放大器和調(diào)制器。放大器為共振隧穿二極管柵的高電子遷移率晶體管(RTD-gaed HEMT)的結(jié)構(gòu)。調(diào)制器為光敏共振隧穿二極管柵的高電子遷移率晶體管(ORTD-gaed HEMT)的結(jié)構(gòu)。本文使用ADS軟件對(duì)所設(shè)計(jì)的放大器和調(diào)制器分別進(jìn)行了仿真。數(shù)值分析表明:(1)放大器實(shí)現(xiàn)了在710GHz下超過(guò)8dB的功率增益,以及2.175THz下超過(guò)5dB的功率增益;(2)光調(diào)制器實(shí)現(xiàn)了超過(guò)95%的調(diào)制深度和超過(guò)40GHz的帶寬。預(yù)計(jì)該放大器以及光調(diào)制器在太赫茲探測(cè)、通訊等領(lǐng)域有非常廣闊的應(yīng)用前景。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN386;O441.4
【圖文】：

太赫茲波會(huì)表現(xiàn)出很多區(qū)別于其他頻率的電磁波的獨(dú)特性質(zhì)[6]：1.太赫茲波的光子能量一般在 0.41meV 到 41meV 的范圍，能量略高于于 X-射線的能量，在穿過(guò)物質(zhì)是不會(huì)發(fā)生電離，因此作為生物活體分安全。2.太赫茲波對(duì)一般非金屬有很好的透射能力，如布料、塑料包裝袋、系列物質(zhì)。3.太赫茲波是電子學(xué)波與光子學(xué)波所研究范圍的重疊區(qū)間，可以作為外的研究補(bǔ)充方法。4. 太赫茲波具有很大的瞬時(shí)傳輸速率，可提供高達(dá) 1 Gbps 甚至超 傳輸速率，有望彌補(bǔ)微波通信的不足。5. 很多生物大分子或凝聚態(tài)物質(zhì)的轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)或振動(dòng)能級(jí)與太赫茲波量相當(dāng)，可以利用太赫茲波光譜分析技術(shù)鑒別物質(zhì)。6.太赫茲波的空間分辨率能力強(qiáng)并且時(shí)域信噪比高，適合發(fā)展太赫茲術(shù)。

檢查同類別的爆炸性物質(zhì)在其太赫茲光譜會(huì)表現(xiàn)出各自相異太赫茲光譜在安全檢測(cè)領(lǐng)域是極具價(jià)值的。許多化學(xué)品都來(lái)進(jìn)行鑒定，能夠區(qū)分非法藥物、爆炸物和良性化合物。的太赫茲波對(duì)于紙張、衣物等物質(zhì)的透射性較好，紙張以以通過(guò)太赫茲成像技術(shù)暴露出來(lái)，圖 1-2 給出了在安全檢刀子在 THz 檢測(cè)中被顯示出來(lái)。同時(shí)太赫茲照相機(jī)的焦要性。即使沒(méi)有燈光照明的情況下，太赫茲相機(jī)依然能夠探測(cè)。例如，由具有 Si 光子帶隙晶體的 SBD 陣列和大約測(cè)方法組成的無(wú)源 THz 照相機(jī)正準(zhǔn)備用于機(jī)場(chǎng)安全檢查機(jī)將提供更多的應(yīng)用前景，例如使用光譜信息的生物識(shí)別危險(xiǎn)氣體將也會(huì)變得更加普遍，如使用太赫茲波在火災(zāi)地氧化碳）。太赫茲波可以穿過(guò)煙霧甚至混凝土墻體檢測(cè)物譜在未來(lái)的社會(huì)是必不可少的。

局部熱力學(xué)平衡等離子體中的離子的溫度、電子差并不是很大，無(wú)法達(dá)到嚴(yán)格意義上的熱力學(xué)平衡衡。非熱力學(xué)平衡等離子體通常處于幾百個(gè)帕斯卡一種粒子之間發(fā)生的碰撞幾乎沒(méi)有能量的損失，并且電子的溫度卻相對(duì)非常低。不同的分類方式，可以通過(guò)圖表的方式來(lái)區(qū)分不同類不同等離子體的離子密度跨越非常大，從非常小密度橫跨了超過(guò) 20 個(gè)數(shù)量級(jí)，溫度范圍也十分寬廣，從 的超高溫的核聚變。并且等離子體的溫度還可以使用方式為 1eV=11600K。對(duì)于非熱平衡等離子體，雖然是它的電子卻擁有非常高的能量。高能量的電子可以變成激發(fā)態(tài)，從而加快了化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速率，另一使得能耗減小，可以有效節(jié)約成本，有利于環(huán)保。工衡等離子體，電子能量通常在 1-20 eV 之間。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王曉玲;;基于MATLAB/Simulink的2ASK傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析[J];蘇州市職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2015年04期

2 郭興安;;探討微波通信技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用[J];電子測(cè)試;2015年09期

3 王康年;劉紅云;盧明倫;李常春;嚴(yán)鑫;;太赫茲通信技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及其軍事應(yīng)用展望[J];無(wú)線電通信技術(shù);2014年05期

4 張健;鄧賢進(jìn);王成;林長(zhǎng)星;陸彬;陳琦;;太赫茲高速無(wú)線通信:體制、技術(shù)與驗(yàn)證系統(tǒng)[J];太赫茲科學(xué)與電子信息學(xué)報(bào);2014年01期

5 馮德軍;宋磊;季偉;黃慶捷;朱亦鳴;;太赫茲波探測(cè)器技術(shù)研究進(jìn)展[J];光通信技術(shù);2014年01期

6 徐芳芳;;獻(xiàn)青春于核聚變 極探索于新能源——訪核工業(yè)西南物理研究院楊青巍研究員[J];科學(xué)中國(guó)人;2013年04期

7 黃炯;;低溫等離子體催化降解有機(jī)廢氣的應(yīng)用前景研究[J];科技與企業(yè);2012年08期

8 林栩凌;阮寧娟;周峰;;太赫茲技術(shù)空間應(yīng)用研究探討[J];航天返回與遙感;2012年01期

9 肖健;高愛(ài)華;;光電導(dǎo)天線產(chǎn)生太赫茲波的研究[J];應(yīng)用光學(xué);2010年03期

10 戴寧;葛進(jìn);胡淑紅;張雷;;太赫茲探測(cè)技術(shù)在遙感應(yīng)用中的研究進(jìn)展[J];中國(guó)電子科學(xué)研究院學(xué)報(bào);2009年03期

本文編號(hào)：2751316