一种基于1550nm激光的太赫兹波产生器件的制作方法

本发明属于太赫兹波技术领域，具体涉及一种基于1550nm激光的太赫兹波产生器件。

背景技术：

太赫兹波通常指的是频率在0.1thz～10thz(波长在3mm～30μm)范围内的电磁辐射(1thz＝10¹²hz)。太赫兹波在诸多领域都有较为广泛的应用前景，如太赫兹通讯技术、建筑材料无损检测、人体成像设备等。

自由空间的太赫兹时域光谱系统可以对药品、半导体材料、生物分子等很多物质进行测量。然而自由空间的太赫兹时域光谱系统存在的一些局限，比如：系统尺寸大，频谱分辨率低以及所需样品量大等。

现有技术中产生太赫兹波的方式为：先将低温gaas薄膜生长在砷化铝释放层上，制备出低温gaas外延片，然后采用反应离子刻蚀技术和hf酸对外延片选择性刻蚀的特性剥离出低温gaas薄膜，最后将低温gaas薄膜转移到基底上；后再低温砷化镓薄膜的两侧各连接有一个金属电极(2)，形成光电导天线；采用800nm的飞秒激光照射光电导天线，由此产生太赫兹波；由于这种方式需要将低温砷化镓薄膜腐蚀下来制作开关，揭膜成品率低，且要用到有毒药剂，具有很大的缺陷。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于1550nm激光的太赫兹波产生器件，可以简化器件制作工艺，实现器件小型化。

一种基于1550nm激光的太赫兹波产生器件，低温砷化镓外延片上表面的一端设置用于接收1550nm激光并产生太赫兹波的第一偶级型开关，另一端设置用于探测太赫兹波的第二偶级型开关；两个偶级型开关之间设置用于传输太赫兹波的金属线，金属线贯穿两个偶级型开关各自的电极之间空隙；

所述低温砷化镓外延片从下到上依次包括半导体砷化镓层、砷化镓层、砷化铝层以及厚度为2um的低温砷化镓层。

较佳的，所述金属线的材质为金。

较佳的，所述金属线采用光刻方式制备到所述低温砷化镓外延片上。

较佳的，所述低温砷化镓外延片中半导体砷化镓层厚度为350um；砷化镓层厚度为80um；砷化铝层厚度为200nm。

本发明具有如下有益效果：

本发明直接在低温砷化镓外延片上制备两个偶级型开关，并用金属线传输太赫兹波，简化制作工艺，解决了揭膜工艺繁琐，成品率低，成本高的问题；检测过程中无需任何标记物，且装置微型化。因此通过该结构能够检测贵重摩尔量级生物样品。

附图说明

图1为本发明示意图低温砷化镓及外延片；

图2为本发明示意图片上系统传输线俯视图；

图3为本发明示意图片上系统传输线实物图；

图4为本发明示意图太赫兹时域谱；

其中，1-低温砷化镓外延片，2-金属线，3-偶级型天线。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明的基于1550nm激光的太赫兹波产生器件，与传统产生太赫兹波的方式不同，先制作低温砷化镓外延片，如图2所示，在其上表面的一端设置用于接收1550nm激光并产生太赫兹波的第一偶级型开关，另一端设置用于探测太赫兹波的第二偶级型开关；两个偶级型开关之间设置用于传输太赫兹波的金属线，金属线贯穿两个偶级型开关各自的电极之间空隙。

为了保证本发明器件能在1550nm激光泵浦下产生太赫兹波，如图1所示，低温砷化镓外延片从下到上依次包括350um厚半导体砷化镓层、80um厚砷化镓层、200nm砷化铝层以及2um的低温砷化镓层。

如图3所示，为本发明实施例制作的太赫兹波产生器件的实物照片，外延片尺寸为2cm×1cm；金属线2材质均采用金；金属线2尺寸为1mm×30μm；开关1.5mm×70um。

基于该器件产生太赫兹波的过程为：首先，一束1550nm激光通过分束镜将分为两束光，当激光照射到第一偶级型开关上，产生太赫兹；然后，另一束激光照射到第二偶级型开关上，太赫兹波沿着金线传播，锁相放大器探测太赫兹波，测得数据。如图4所示，为本发明器件产生的太赫兹波的时域光谱。

在基于传统传输线的基础上，本发明在其金属线两侧设置天线，天线类型和尺寸可跟实际需求做出对应的调整。产生太赫兹的泵浦区和探测太赫兹的探测区集成到同一基底上，泵浦区与探测区用一金属线连接，可以使用该集成化的片上系统测量摩尔量级的生物样品，实时监测生物样品反应的过程。

本发明的传输线器件的制备过程为：

首先使用真空蒸镀机在2cm×1cm的低温砷化镓外延片1上蒸镀20nm铬和250nm金。接着，用移液器将1ml的光刻胶az5214，移至到2cm×1cm的已蒸镀有250nm厚金膜的低温砷化镓外延片上。其中，启动匀胶机，其中匀胶机第一转速设置为500r/min，时间为5s；第二转速设置为3000r/min时间为30s。将旋涂有光刻胶的样品放置在热板上烘干，时间为90s温度为80℃，进行曝光和显影。接着，使用等离子刻蚀机进行刻蚀过程，刻蚀时间为15min，片上系统结构显现出来。最后，用去胶剂或丙酮溶液剥离光刻胶az5214。

简化制作工艺，解决了揭膜工艺繁琐，成品率低，成本高的问题；直接用1550nm激光器激励，产生太赫兹并探测。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种基于1550nm激光的太赫兹波产生器件，其特征在于，低温砷化镓外延片上表面的一端设置用于接收1550nm激光并产生太赫兹波的第一偶级型开关，另一端设置用于探测太赫兹波的第二偶级型开关；两个偶级型开关之间设置用于传输太赫兹波的金属线，金属线贯穿两个偶级型开关各自的电极之间空隙；

所述低温砷化镓外延片从下到上依次包括半导体砷化镓层、砷化镓层、砷化铝层以及厚度为2um的低温砷化镓层。

2.如权利要求1所述的一种基于1550nm激光的太赫兹波产生器件，其特征在于，所述金属线的材质为金。

3.如权利要求1所述的一种基于1550nm激光的太赫兹波产生器件，其特征在于，所述金属线采用光刻方式制备到所述低温砷化镓外延片上。

4.如权利要求1所述的一种基于1550nm激光的太赫兹波产生器件，其特征在于，所述低温砷化镓外延片中半导体砷化镓层厚度为350um；砷化镓层厚度为80um；砷化铝层厚度为200nm。

技术总结
本发明公开了一种基于1550nm激光的太赫兹波产生器件，直接在低温砷化镓外延片上制备两个偶级型开关，并用金属线传输太赫兹波，简化制作工艺，解决了揭膜工艺繁琐，成品率低，成本高的问题；检测过程中无需任何标记物，且装置微型化，因此通过该结构能够检测贵重摩尔量级生物样品。

技术研发人员：赵亚平;吴蕊;苏波;张盛博;何敬锁;崔海林;张存林
受保护的技术使用者：首都师范大学
技术研发日：2019.12.31
技术公布日：2020.04.28