[發明專利]基于高電子遷移率晶體管波前快速掃描成像調制器

在審

• 申請號: 201810040941.6
• 申請日: 2018-01-16
• 公開（公告）號: CN108417589A
• 公開（公告）日: 2018-08-17
• 發明（設計）人: 張雅鑫;蔡雪丹;張亭;曾泓鑫;梁士雄;楊梓強
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146;H04L27/04
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 鄒裕蓉

本發明公開了一種基于高電子遷移率晶體管HEMT的多像元波前掃描調制器，屬于電磁功能器件技術領域。本發明將HEMT與人工電磁媒質諧振結構相結合，通過多單元組合形成了多像元結構體系，可實現對波前的快速多像元調制；本調制器是由外加電壓對該波前調制器的像素單元進行獨立控制，通過加載的電壓信號控制HEMT外延層中二維電子氣的濃度，由此改變人工電磁媒質諧振結構的電磁諧振模式，從而實現對波前的快速調制，可用于波前快速掃描成像系統；該波前調制器在工作頻點具有較高的振幅調制深度，仿真結果可達90％；本發明結構簡單、易于加工、調制速度快且使用方便，易于封裝。

技術領域

本發明屬于電磁功能器件技術領域，具體涉及一種基于高電子遷移率晶體管波前快速掃描成像調制器。

背景技術

近年來隨著半導體材料及技術的發展，高電子遷移率晶體管(High ElectronMobility Transistor，HEMT)展現出了卓越優勢。目前，HEMT器件的發展前途被非常的看好，由于其所具有的低噪聲、低功耗、超高速等的特點，使得它在衛星通信、超高速計算機、信號處理等領域都得到了廣泛的應用。高電子遷移率晶體管(High Electron MobilityTransistor，HEMT)是一種利用存在于調制參雜異質結中的二維電子氣(2-DEG)來進行工作的新型場效應晶體管。HEMT從1979年提出到現在已經經歷了37年的發展。它最重要的特征在于存在于異質結中的高遷移率二維電子氣。該二維電子由調制摻雜異質結產生，常見的異質結括n-AlGaAs/GaAsn-InAlAs/InGaAs等。HEMT最早得到驗證是在1980年日本的富士通公司，該公司還將它成功應用于微波低噪聲放大，實現了超越GaAs基MESFET的性能指標。在1981年，第一個基于HEMT的高速數字集成電路問世，從而在世界范圍內掀起了高速高頻HEMT器件的研究熱潮。1985年，HEMT首次作為商業應用被用在了低溫環境下的低噪聲放大器領域，同時作為射頻望遠鏡的探測器用來觀測宇宙中的暗星云。HEMT的大規模產品化應用始于1986年，當時僅僅是作為低噪聲放大器被用在了廣播衛星的接收機上，但這一應用為后來的微波毫米波固態器件的發展奠定了良好的基礎。迄今，由于HEMT器件在效率、增益和頻率方面的明顯優勢，使其在微波毫米波器件領域也得到了很好的應用。

人工電磁媒質(Metamaterials)是指將具有特定幾何形狀的宏觀基本單元諧振結構周期性或非周期性地排列所構成的一種人工電磁周期陣列結構，可通過人為地設計諧振單元，控制其對外加電磁場的響應特性以及電磁特性。隨著近代微細加工技術的發展，人工電磁媒質在推動無源功能器件的發展中起到了巨大的推動作用，在微波毫米波段、太赫茲波段以及光波段都研制出多種相關功能器件。

眾所周知，在可見光波段有非常成熟的波前調制器——空間光調制器(SpatialLight Modulator，SLM)，它可以對每個像素單元透過(或者反射)光的振幅或相位進行調制，進而形成所設計的波前?？臻g光調制器在可見光波段被廣泛應用于光信息處理、三維圖像顯示、光互聯、實時波前整形等方面。通常的空間光調制器一般有液晶型的、磁光材料型和可變形反射鏡這幾種。然而由于缺乏對太赫茲響應的材料、以及材料結構參數與太赫茲波長的失配，導致傳統的空間光調制器技術并不能直接應用于太赫茲波段。最近有人基于人工電磁媒質提出了一種可以生成任意太赫茲波前的方法，拓展了空間波前調制器的工作頻率范圍。本發明采用HEMT與人工電磁煤質相結合，提出一種新型波前掃描成像調制器，在拓展空間波前調制器工作頻率范圍的同時可有效提高波前掃描調制器的成像速度。

發明內容

本發明的目的是克服上述現有技術的缺陷，提供一種通過外加電壓信號對每個像素單元透過波進行快速振幅調制的空間波調制器，在波前掃描成像系統中可高效、快速地實現波前振幅調制。

本發明所提出的技術問題是這樣解決的：