[發明專利]一種基于光學天線的太赫茲探測器件

無效

• 申請號: 201410059407.1
• 申請日: 2014-02-21
• 公開（公告）號: CN103855228A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發明（設計）人: 胡志宇;林忠勁
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H01L31/02
• 分類號: H01L31/02;H01L31/08
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 陸聰明

技術領域

本發明涉及太赫茲探測技術領域，特別涉及一種基于光學天線的太赫茲探測器件。

背景技術

太赫茲波是指頻率為0.1Thz到10Thz范圍內的電磁波，是宏觀電子學向微觀光子學過渡的一個頻段。大量星際分子的特征譜線、大量有機分子轉動和振動躍遷及半導體的子帶和微帶能量等都在太赫茲波范圍內。并且太赫茲波能穿透非金屬和非極性材料，如紡織品、紙板、塑料、木料等包裝物，還能穿透煙霧和浮塵等。因此，太赫茲探測技術在物理學、材料科學、生命科學、天文學、信息技術和國防科技等領域有著巨大的應用前景。

對于太赫茲波的探測，目前主要采用以下幾種方法：一是傅里葉變換光譜探測法，該方法主要是應用在傅里葉變換光譜儀上，使用的探測器是各種熱輻射探測計，且這些熱輻射探測計需要在低溫下工作；二是時域光譜太赫茲探測法，對于脈沖太赫茲信號，該方法是一種非常有效的探測手段，但是需要在飛秒激光器輔助下使用；三是外差式探測法，該方法可以進行高的頻譜分辨率太赫茲探測，其中超導太赫茲探測器和熱電子輻射熱計是典型的外差式探測器，但是需要在極低的溫度下工作；四是直接探測法，其中的一個典型代表是全固態太赫茲半導體量子阱探測器，工作溫度為10～50K。

光學天線己經成為當前表面等離激元乃至整個納米光子學領域的研究熱點。光學天線其中的一個基本特性是場局域特性。入射高頻電磁波與金屬納米結構相互作用時，產生表面等離子體激元共振，電磁場局域在金屬表面，形成場增強。由于耦合作用，在天線的間隙處，電場得到很大的增強，最高倍數可以達到1000倍。改變光學天線尺寸可以改變其響應的波段，從而使其可實現高至紫外光，低至太赫茲波的響應。

由于光學天線具有場局域的特點，當太赫茲波照射到光學天線表面時，光學天線會把照射在它表面的太赫茲波電磁場局域在間隙處。如果在間隙處放上一個微小金屬塊，局域場就會發生耗損產生熱量，使微小金屬塊溫度升高，從而出現溫差電動勢。

發明內容

針對現有技術存在的缺陷，本發明的目的是提供一種基于光學天線的太赫茲探測器件，該探測器不需要制冷，并且有高的響應度，可探測整個太赫茲頻段。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于光學天線的太赫茲探測器件，包括襯底，蝶形光學天線，微小產熱金屬塊，第一歐姆接觸電極，第二歐姆接觸電極，n型半導體引出線和p型半導體引出線；所述蝶形光學天線位于所述襯底表面；所述微小產熱金屬塊位于所述襯底表面，被所述蝶形光學天線的兩臂夾在中間；所述第一歐姆接觸電極和第二歐姆接觸電極位于所述襯底表面，對稱布置在蝶形光學天線的對稱軸上；所述n型半導體引出線嵌于所述襯底內，一端與所述微小產熱金屬塊底面相連接，另一端與所述第一歐姆接觸電極的底面相連接；所述p型半導體引出線嵌于所述襯底內，一端與所述微小產熱金屬塊底面相連接，另一端與所述第二歐姆接觸電極的底面相連接。

所述蝶形光學天線的材質為貴金屬，用于接收太赫茲電磁波，并產生局域電磁場。

所述微小產熱金屬塊，用于消耗局域電磁場能量并產生熱量。

所述n型半導體引出線的材質為n型半導體熱電材料。

所述p型半導體引出線的材質為p型半導體熱電材料。

與現有技術相比，本發明具有如下突出的實質性特點和顯著的優點：

本發明制成的探測器的探測帶寬比較寬，且響應速度較快，具有高的太赫茲探測性能；同時本發明制作工藝較為簡單，成本低廉，可以大規模生產；本發明探測器還可在室溫工作運行，克服了現有探測器需要低溫工作的缺陷。

附圖說明

圖1為本發明探測器的結構示意圖；

圖2為本發明探測器的剖視圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的具體實施方式做詳細的說明。

如圖1和圖2所示，一種基于光學天線的太赫茲探測器件，包括襯底1，蝶形光學天線2，微小產熱金屬塊3，第一歐姆接觸電極4，第二歐姆接觸電極5，n型半導體引出線6和p型半導體引出線7；所述蝶形光學天線2位于所述襯底1表面；所述微小產熱金屬塊3位于所述襯底1表面，被所述蝶形光學天線2的兩臂夾在中間；所述第一歐姆接觸電極4和第二歐姆接觸電極5位于所述襯底1表面，對稱布置在蝶形光學天線2的對稱軸上；所述n型半導體引出線6嵌于所述襯底1內，一端與所述微小產熱金屬塊3底面相連接，另一端與所述第一歐姆接觸電極4的底面相連接；所述p型半導體引出線7嵌于所述襯底1內，一端與所述微小產熱金屬塊3底面相連接，另一端與所述第二歐姆接觸電極5的底面相連接。

所述蝶形光學天線2的材質為貴金屬。