太赫兹波探测器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种阻抗匹配的太赫兹波探测器，其可在特定频率处实现太赫兹波的尚效探测。
【背景技术】
[0002]太赫兹波是频率在0.1THz-1OTHz的电磁波，波段处在红外和毫米波之间，在电磁波谱中处于重要的位置。从物理学看，THz波处于电子学向光子学的过渡区；从频域上看，THz波的频率覆盖了半导体内等离子波的特征频率、有机和生物大分子的转动和振动频率、约50%的宇宙空间光子的频率等重要频率范围；从应用角度看，THz波具有频带宽、能量小、相干性强、测量信噪比高等特点，适合于材料特性表征、高分辨率成像、医学诊断、安检、信息通讯、雷达探测、大气与环境检测等众多领域。因此，THz波在国民经济以及国家安全等方面具有重要的应用前景。
[0003]1993年，Dyakonov和Shur采用流体力学方程近似，分析了 2DEG中的等离子波，并预测了 HEMT中的等离子波的不稳定性。此后，等离子波理论的太赫兹波探测器在不同材料上被研制出来。2008年，Kim等人第一次将天线结构引入到GaAs MESFETs太赫兹探测器中。该实验采用了天线设计，使太赫兹波和探测器的耦合增强，在室温下实现了共振探测，等效噪声因子(NEP)最小可达到5X KT8W/ V Hzο
[0004]与高电子迀移率晶体管栅极相集成的接受天线与由传输线和负载组成的外电路相接，接收电线起电压源的作用，可用等效电压发生器代替。等效发生器由电压发生器和内阻组成，电压发生器的量值等于开路电压V，内阻是当电压源短路，对应用无来波电场时，由外电路看进去的阻抗。这个阻抗成为接受电线的阻抗，用Zin = Rin+jXin。当收发天线最大辐射方向对准，极化匹配，阻抗共轭匹配ZL = Rin-jXin时，ZL是负载阻抗，输出给负载的功率最大。在实际应用中，接收天线与来波的极化一般不能完全匹配，天线与负载的阻抗也不一定达到共轭匹配。这两种失配将减少输出送给负载的功率，造成能耗损失。因此基于阻抗匹配的栅极天线能够提高探测的响应度和效率。
【发明内容】
[0005](一 )要解决的技术问题
[0006]有鉴于此，本发明的主要目的在于提出一种以高电子迀移率晶体管为基本结构、集成双狭缝天线、天线阻抗与晶体管阻抗匹配的太赫兹波探测器，以实现对太赫兹波的高效探测。
[0007]( 二)技术方案
[0008]为达到上述目的，本发明提供了一种太赫兹波探测器，以氮化镓高电子迀移率晶体管为基本结构，包括晶体管部分、源漏接触测试电极及引线部分、以及太赫兹波耦合天线部分，其中:所述太赫兹波耦合天线部分为耦合特定频率的天线，同时作为接触电极与所述晶体管部分的纳米结构栅极相连接；所述太赫兹波耦合天线部分位于所述晶体管部分的源极和漏极两侧，分别从两瓣天线之间引出源极和漏极的接触电极；所述晶体管部分的纳米结构栅极仅与所述太赫兹波耦合天线的一侧相连接，所述晶体管部分的源极和漏极相对于纳米结构栅极是非对称的。
[0009]上述方案中，所述晶体管部分位于对AlGaN/GaN异质结进行干法刻蚀后形成的有源区台面之上，由源极、漏极、纳米结构栅极以及AlGaN/GaN异质结界面处二维电子气沟道构成。
[0010]上述方案中，所述AlGaN/GaN异质结包括AlGaN势皇层及GaN层，且GaN层位于AlGaN势皇层之下；源极和漏极分别从有源区台面之上嵌入有源区台面并穿过AlGaN/GaN异质结界面处的二维电子气沟道，源极或漏极与AlGaN层之间均是欧姆接触；纳米结构栅极形成于有源区台面之上且位于源极与漏极之间，该纳米结构栅极与AlGaN层是肖特基接触，用于对源极与漏极间沟道内二维电子气进行调制。
[0011]上述方案中，所述太赫兹波耦合天线部分包括左右对称的两瓣，分别位于有源区台面两侧，左右对称的这两瓣均与晶体管部分的纳米结构栅极相连接，同时作为纳米结构栅极的接触测试电极。
[0012]上述方案中，所述源漏接触测试电极及引线部分包括源极测试接触电极、源极引线、漏极测试接触电极和漏极引线，其中:源极引线和漏极引线分别从太赫兹波耦合天线部分的两瓣之间向外延伸，源极引线的一端连接于源接触测试电极，另一端通过金属爬坡与有源区台面之上的晶体管部分的源极相连接，漏极引线的一端连接于漏接触测试电极，另一端通过金属爬坡与有源区台面之上的晶体管部分的漏极相连接。
[0013]上述方案中，所述太赫兹波耦合天线部分整体成正方形，每一瓣均被挖掉一个矩形窗口，形成狭缝天线结构，狭缝位于靠近晶体管部分一侧，并在靠近纳米结构栅极处形成开口。
[0014]上述方案中，所述开口的上端与纳米结构栅极相连，使得与耦合天线相连接的纳米结构栅极相对于源极和漏极不对称，以实现对太赫兹波的探测。
[0015]上述方案中，所述太赫兹波耦合天线整体尺寸的长度和宽度范围在200微米至1000微米之间，通过改变整体尺寸以及狭缝尺寸来改变天线自身的耦合频率以及阻抗，使得计算的太赫兹波天线金属电极对太赫兹波的阻抗与晶体管纳米结构栅极的输入阻抗相匹配，进而对指定频率太赫兹波的尚效探测。
[0016]上述方案中，所述太赫兹波耦合天线整体尺寸的长度和宽度为500微米。
[0017](三)有益效果
[0018]本发明提供了一种以高电子迀移率晶体管为基本单元的双狭缝太赫兹波探测器，这种太赫兹波探测器相对于现有技术具有以下有益效果:
[0019]1、这种太赫兹波探测器的天线具有双狭缝结构；
[0020]2、作为太赫兹波探测器的双狭缝天线同时作为高电子迀移率晶体管栅极；
[0021]3、高电子迀移率晶体管的源漏电极相对于耦合天线是非对称的。
[0022]进一步地，源极漏极之间的栅极与双狭缝耦合天线集成在一起，通过将特定频率的太赫兹波与高电子迀移率晶体管沟道中的二维电子气相耦合，从而实现对特定频率的太赫兹波的探测。本发明通过使探测器天线的金属电极对入射太赫兹波的阻抗与晶体管栅极输入阻抗相匹配，实现对太赫兹波的高效、高灵敏度探测。
【附图说明】
[0023]图1为【具体实施方式】中高电子迀移率晶体管太赫兹探测器的三维结构示意图；
[0024]图2为图1所示高电子迀移率晶体管太赫兹探测器的剖面结构示意图；
[0025]附图标记:1_源极，2-纳米结构栅极，3-漏极，4-AlGaN势皇层，5_親合天线，6_源极接触测试电极及引线，7-漏极接触测试电极及引线，8-二维电子气沟道，9-有源区台面上GaN层。
【具体实施方式】
[0026]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0027]本发明以氮化镓高电子迀移率晶体管为基本结构，与经过计算设计的双狭缝天线相集成，使太赫兹探测器能够吸收特定频率的电磁波。并且天线的阻抗与晶体管的阻抗相匹配，增强了探测的响应度。
[0028]如图1和图2所示，本发明提供的太赫兹波探测器，以氮化镓高电子迀移率晶体管为基本结构，包括晶体管部分、源漏接触测试电极及引线部