Field-effect Self-mixing Terahertz Detectors

یک مدل دستگاه جامع با در نظر گرفتن هر دو توزیع فضایی میدان تراهرتز و عامل خود اختلاط اثر میدانی برای اولین بار در پایان نامه ساخته شده است. نویسنده دریافته است که میدان تراهرتز به شدت موضعی القا شده در بخش کوچکی از کانال الکترونی دروازه‌ای است که نقش مهمی در پاسخ‌دهی بالا بازی می‌کند. یک ترانزیستور با تحرک الکترونی بالا مبتنی بر AlGaN/GaN با گیت به اندازه 2 میکرون و آنتن های دوقطبی یکپارچه ساخته شده است و می تواند قدرتی معادل نویز تا 40 pW/Hz1/2 در 900 گیگاهرتز ارائه دهد. با کاهش بیشتر طول گیت به 0.2 میکرون، قدرتی معادل نویز 6 pW/Hz1/2 به دست آمده است. این پایان نامه تکنیک های تجربی دقیق و شبیه سازی دستگاه را برای آشکار کردن مکانیسم خود اختلاط از جمله یک تکنیک کاوشگر اسکن برای ارزیابی اثربخشی آنتن های تراهرتز ارائه می دهد. به این ترتیب، این پایان نامه می تواند به عنوان مقدمه ای ارزشمند برای توسعه بیشتر آشکارسازهای تراهرتز با اثر میدانی با حساسیت بالا برای کاربردهای عملی باشد.

A comprehensive device model considering both spatial distributions of the terahertz field and the field-effect self-mixing factor has been constructed for the first time in the thesis. The author has found that it is the strongly localized terahertz field induced in a small fraction of the gated electron channel that plays an important role in the high responsivity. An AlGaN/GaN-based high-electron-mobility transistor with a 2-micron-sized gate and integrated dipole antennas has been developed and can offer a noise-equivalent power as low as 40 pW/Hz1/2 at 900 GHz. By further reducing the gate length down to 0.2 micron, a noise-equivalent power of 6 pW/Hz1/2 has been achieved. This thesis provides detailed experimental techniques and device simulation for revealing the self-mixing mechanism including a scanning probe technique for evaluating the effectiveness of terahertz antennas. As such, the thesis could be served as a valuable introduction towards further development of high-sensitivity field-effect terahertz detectors for practical applications.