KR20120049128A - Integrated antenna device module for generating terahertz continous wave and fabrication method thereof - Google Patents

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KR20120049128A
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Abstract

PURPOSE: An integrated antenna device module for generating terahertz continuous waves and a fabrication method thereof are provided to reduce the resolution limit of an optical lens by using an existing optical lens as a metamaterial lens. CONSTITUTION: A photoconductive antenna(10) of an integrated antenna device module for generating terahertz continuous waves comprises a photoconductive thin film pattern(11), a metal electrode(12), and a focusing meta material lens(13) for controlling three-dimensional images of an object using high resolution. A substrate is high resistant silicon or InP(Indium Phosphide). The metal electrode applies a DC bias voltage to the photoconductive thin film pattern. The photoconductive thin film pattern is deposited on a front surface of the substrate. The photoconductive thin film pattern irradiates tera-herts continuous waves according to the incidence of the femto second laser pulse having the pulse time of an ultrashort pulse.

Description

테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈 및 그 제조방법{INTEGRATED ANTENNA DEVICE MODULE FOR GENERATING TERAHERTZ CONTINOUS WAVE AND FABRICATION METHOD THEREOF}Integrated antenna element module for terahertz continuous wave generation and its manufacturing method {INTEGRATED ANTENNA DEVICE MODULE FOR GENERATING TERAHERTZ CONTINOUS WAVE AND FABRICATION METHOD THEREOF}

본 발명은 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실리콘 기판에 광전도체 박막을 직접 증착하여 형성하는 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈 및 그 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an integrated antenna element module for terahertz continuous wave generation, and more particularly, to an integrated antenna element module for terahertz continuous wave generation and formed by directly depositing a photoconductor thin film on a silicon substrate. .

테라헤르츠 대역(100 GHz ~ 10 THz)은 광파와 전파의 경계의 영역에 존재하며 기술적으로 뒤늦게 개발된 주파수 대역으로 테라헤르츠 대역을 개척하기 위해 최신의 레이저 기술과 반도체 기술을 사용하는 새로운 전자기파 기술로 발전하였다. 테라헤르츠 전자파는 펨토초 광펄스에 의한 초고속 광전도 안테나(스위치)를 이용한 펄스파 형태와 광믹서 기반의 옵티칼 헤테로다인 방식을 이용한 연속파 형태로 발진된다. The terahertz band (100 GHz to 10 THz) is in the region of the boundary between light waves and radio waves, and is a late-technically developed frequency band that uses new laser and semiconductor technologies to pioneer the terahertz band. Developed. The terahertz electromagnetic waves are oscillated in the form of pulse waves using ultrafast photoconductive antennas (switches) by femtosecond optical pulses and continuous waves using optical heterodyne based optical mixers.

테라헤르츠 대역 연속파 시스템은 펄스파 테라헤르츠 시스템에 비하여 주파수 선택도, 가격, 크기, 그리고 측정 시간 등의 강점으로 인해 테라헤르츠 분광학이나 이미징 측정 시스템으로 많은 관심을 받고 있다. Terahertz band continuous wave systems have attracted much attention as terahertz spectroscopy or imaging measurement systems due to their advantages such as frequency selectivity, price, size, and measurement time compared to pulsed wave terahertz systems.

옵티칼 헤테로다인 방식의 연속파는 강도가 같으면서 주파수가 약간 다른 두 개의 연속파 레이저 빔을 캐리어 수명이 피코초 이하로 짧은 LTG-GaAs(Low Temperature Grown GaAs)와 같은 광전도성 박막 위에 형성된 광믹서에 파면을 정렬하여 입사시키면, 차주파수에 해당하는 테라헤르츠 대역의 전류변조가 일어나고, 생성된 전류는 안테나를 통하여 테라헤르츠 대역 전자기파로 방사된다. The optical heterodyne continuous wave aligns the wavefronts in an optical mixer formed on a photoconductive thin film such as low temperature grown GaAs (LTG-GaAs) with shorter carrier lifetimes than picoseconds, with the same intensity but slightly different frequency. When the incident signal is incident, current modulation of the terahertz band corresponding to the difference frequency occurs, and the generated current is radiated to the terahertz band electromagnetic waves through the antenna.

다결정 박막은 기판의 종류에 관계없이 성장이 가능하기 때문에, 기존의 LT-GaAs 박막을 성장시키기 위해 반드시 GaAs 단결정 기판을 사용할 필요가 없다. 이로 인해, 실리콘, 석영(quartz), 사파이어, 유리 등에서도 성장이 가능하다. Since the polycrystalline thin film can be grown regardless of the substrate type, it is not necessary to use a GaAs single crystal substrate to grow an existing LT-GaAs thin film. For this reason, growth is also possible in silicon, quartz, sapphire, glass, and the like.

특히 고저항 실리콘은 테라헤르츠 연속파에 대한 투과도가 매우 높은 소재로서, 기존의 GaAs 기판에 의한 흡수를 최소화할 수 있어 보다 강한 테라헤르츠 연속파 신호를 얻을 수 있다.In particular, high-resistance silicon is a material with high transmittance for terahertz continuous waves, and it is possible to minimize absorption by existing GaAs substrates, thereby obtaining stronger terahertz continuous wave signals.

본 발명의 배경기술은 대한민국 특허공개번호 10-2011-0061827호(2011.06.10)에 개시되어 있다.
Background art of the present invention is disclosed in Korean Patent Publication No. 10-2011-0061827 (2011.06.10).

종래에는 광전도 안테나에서 널리 사용되고 있는 LT-GaAs 기반의 광전도안테나 소자는 GaAs 기판 위에 광전도체 LT-GaAs 박막을 증착하고, LT-GaAs 박막 위에 광전도 안테나 전극패턴을 형성한 후, 각 전극패턴이 형성된 광전도체 소재를 하나씩 절단하여 고저항 실리콘으로 제작된 집속렌즈에 기판 부위를 부착하여 형성한다.Conventionally, the LT-GaAs-based photoconductor element widely used in the photoconductor antenna deposits a photoconductor LT-GaAs thin film on a GaAs substrate, forms a photoconductive antenna electrode pattern on the LT-GaAs thin film, and then forms each electrode pattern. The formed photoconductor material is cut one by one to form a substrate portion attached to a focusing lens made of high resistance silicon.

그러나, 이러한 방식은 실리콘 렌즈에 광전도체 소재를 부착할 때, 전극의 패턴과 실리콘 렌즈의 중심을 정확하게 정렬시켜야 하며, 또한 기판과 렌즈 사이에 공간이 없도록 밀착하여 부착시키기가 매우 어려운 문제점이 있다. However, this method has a problem in that when attaching the photoconductor material to the silicon lens, the pattern of the electrode and the center of the silicon lens must be exactly aligned, and it is very difficult to adhere closely so that there is no space between the substrate and the lens.

특히, 부착시 일부의 공간이 있을 경우 공기 층에 의한 테라헤르츠 연속파의 산란이 발생하는데, 이는 테라헤르츠 신호 잡음의 원인이 되고, 정확한 분광이나 영상을 얻을 수 없게 되는 문제점이 있다.In particular, when there is a part of the space when attached, scattering of terahertz continuous waves by the air layer, which causes a terahertz signal noise, there is a problem that can not obtain accurate spectroscopy or image.

그리고 반도체 소재인 반절연 GaAs 기판은 테라헤르츠 연속파에 대한 투과도가 고저항 실리콘에 비하여 낮아 테라헤르츠 신호대 잡음비(SNR; Signal to Noise Ratio)가 저하하는 원인이 되는 문제점이 있다.The semi-insulated GaAs substrate, which is a semiconductor material, has a problem in that the transmittance to terahertz continuous waves is lower than that of high-resistance silicon, resulting in a decrease in the terahertz signal to noise ratio (SNR).

본 발명은 전술한 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 실리콘에 광전도체 박막을 직접 증착시킨 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to improve the above-described problems, and an object thereof is to provide an integrated antenna device module for generating a terahertz continuous wave in which a photoconductor thin film is directly deposited on silicon, and a method of manufacturing the same.

본 발명의 일 측면에 따른 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈은 기판의 전면에 형성되어 테라헤르츠 연속파를 발생시키는 광전도체 박막 패턴; 상기 광전도체 박막 패턴에 형성되어 상기 광전도체 박막 패턴에 DC 바이어스 전압을 인가하는 금속 전극; 및 상기 기판의 후면에 형성되어 상기 광전도체 박막 패턴에서 방사되는 테라헤르츠 연속파를 집속시키는 집속 메타소재 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, an integrated antenna device module for generating terahertz continuous waves includes a photoconductor thin film pattern formed on a front surface of a substrate to generate terahertz continuous waves; A metal electrode formed on the photoconductor thin film pattern to apply a DC bias voltage to the photoconductor thin film pattern; And a focusing metamaterial lens formed on a rear surface of the substrate to focus the terahertz continuous wave emitted from the photoconductor thin film pattern.

본 발명의 상기 기판은 고저항 실리콘 기판 또는 InP 기판인 것을 특징으로 한다.The substrate of the present invention is characterized in that the high resistance silicon substrate or InP substrate.

본 발명의 상기 광전도체 박막 패턴은 다결정 InGaAs 박막인 것을 특징으로 한다.The photoconductor thin film pattern of the present invention is characterized in that the polycrystalline InGaAs thin film.

본 발명의 상기 광전도체 박막 패턴은 이온 주입된 단결정 InGaAs 박막인 것을 특징으로 한다.The photoconductor thin film pattern of the present invention is characterized in that the ion implanted single crystal InGaAs thin film.

본 발명의 상기 기판에 방사 방향으로 링 형태로 형성되어 표면파를 차단하고 방사 에너지를 집속시키는 전력 향상 안테나를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The substrate of the present invention is characterized in that it further comprises a power-enhancing antenna formed in a ring shape in the radial direction to block surface waves and to focus radiant energy.

본 발명의 상기 집속 메타소재 렌즈와 이격되어 상기 집속 메타소재 렌즈의 초점을 조절하여 물체의 3차원 영상을 얻을 수 있도록 하는 집속 정렬 메타소재 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The method may further include a focusing alignment metamaterial lens spaced apart from the focusing metamaterial lens of the present invention to adjust a focus of the focusing metamaterial lens to obtain a three-dimensional image of an object.

본 발명의 상기 집속 정렬 메타소재 렌즈에 형성되어 상기 집속 정렬 메타소재 렌즈로부터 방사되는 테라헤르츠 연속파의 지향성 특성과 물체의 3차원 영상을 얻을 수 있도록 하는 초반구형 집속렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that it further comprises an ultra-spherical focusing lens formed on the focusing alignment metamaterial lens of the present invention to obtain a directional characteristic of the terahertz continuous wave emitted from the focusing alignment metamaterial lens and a three-dimensional image of the object. .

본 발명의 상기 초반구형 집속렌즈는 고저항 실리콘으로 형성되는 것을 특징으로 한다.The ultra-spherical focusing lens of the present invention is characterized in that it is formed of high resistance silicon.

본 발명의 상기 초반구형 집속렌즈와 이격되어 상기 초반구형 집속렌즈로부터 방사되는 테라헤르츠 연속파를 집속시키는 테라헤르츠파 집속렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.And a terahertz wave focusing lens spaced apart from the ultraspherical focusing lens of the present invention to focus a terahertz continuous wave radiated from the ultraspherical focusing lens.

본 발명의 상기 집속 메타소재 렌즈에 설치되어 상기 집속 메타소재 렌즈의 테라헤르츠 연속파를 방사하는 혼 안테나를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that it further comprises a horn antenna installed on the focusing metamaterial lens of the present invention to emit a terahertz continuous wave of the focusing metamaterial lens.

본 발명에서, 상기 집속 메타소재 렌즈와 이격되고 상기 집속 메타소재 렌즈의 초점을 조절하여 물체의 3차원 영상을 얻을 수 있도록 하는 초점을 조절하는 집속 정렬 메타소재 렌즈; 및 상기 집속 정렬 메타소재 렌즈에 설치되어 상기 집속 정렬 메타소재 렌즈로부터 방사되는 테라헤르츠 연속파를 방사하는 혼 안테나를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, a focusing alignment metamaterial lens spaced apart from the focusing metamaterial lens to adjust the focus to obtain a three-dimensional image of the object by adjusting the focus of the focusing metamaterial lens; And a horn antenna installed on the focused alignment metamaterial lens to emit a terahertz continuous wave emitted from the focused alignment metamaterial lens.

본 발명의 일 측면에 따른 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈의 제조방법은 기판의 전면에 광전도체 박막을 형성하는 단계; 상기 광전도체 박막을 패터닝하여 광전도체 박막 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 광전도체 박막 패턴에 금속전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an integrated antenna device module for generating a terahertz continuous wave, including: forming a photoconductor thin film on a front surface of a substrate; Patterning the photoconductor thin film to form a photoconductor thin film pattern; And forming a metal electrode on the photoconductor thin film pattern.

본 발명에서, 상기 기판의 후면에 제1금속패턴을 형성하는 단계; 상기 기판의 후면과 상기 제1금속패턴 위에 제1질화막을 형성하는 단계; 상기 제1질화막 위에 제2금속패턴을 형성하는 단계; 및 상기 제1질화막과 상기 제2금속패턴 위에 제2질화막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, forming a first metal pattern on the rear surface of the substrate; Forming a first nitride film on a rear surface of the substrate and on the first metal pattern; Forming a second metal pattern on the first nitride film; And forming a second nitride film on the first nitride film and the second metal pattern.

본 발명에서, 상기 기판의 전면과 상기 광전도체 박막 패턴 위에 제3질화막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The method may further include forming a third nitride film over the entire surface of the substrate and the photoconductor thin film pattern.

본 발명의 상기 기판은 고저항 실리콘 기판 또는 InP 기판인 것을 특징으로 한다.The substrate of the present invention is characterized in that the high resistance silicon substrate or InP substrate.

본 발명의 상기 광전도체 박막 패턴은 다결정 InGaAs 박막인 것을 특징으로 한다.The photoconductor thin film pattern of the present invention is characterized in that the polycrystalline InGaAs thin film.

본 발명의 상기 광전도체 박막 패턴은 이온 주입된 단결정 InGaAs 박막인 것을 특징으로 한다.
The photoconductor thin film pattern of the present invention is characterized in that the ion implanted single crystal InGaAs thin film.

본 발명은 광전도체 박막을 직접 실리콘 렌즈에 증착 및 메타소재 렌즈를 실리콘 기판에 구현함으로써, 전체 제작공정을 단순화하고 오류 발생의 소지를 제거할 수 있으므로 시간과 경비를 절감한다.According to the present invention, by directly depositing a photoconductor thin film on a silicon lens and implementing a metamaterial lens on a silicon substrate, it is possible to simplify the entire manufacturing process and eliminate the possibility of error, thereby saving time and money.

본 발명은 공정을 단순화시키고, 기존의 실리콘 렌즈 중심부와 금속 전극을 정렬하는 부분이 필요없어 광전도 안테나의 성능 및 신뢰도를 향상시킬 수 있다.The present invention simplifies the process and eliminates the need to align the existing silicon lens center with the metal electrode, thereby improving the performance and reliability of the photoconductive antenna.

본 발명은 기존의 광학렌즈를 메타소재 렌즈로 사용함으로써, 광학렌즈가 가지고 있는 해상도 한계를 극복할 수 있고, 장기적으로 테라헤르츠 시스템이 상품화할 경우 대량 생산을 할 수 있는 기반이 된다.
The present invention can overcome the resolution limitation of the optical lens by using an existing optical lens as a meta-material lens, and becomes the basis for mass production if the terahertz system is commercialized in the long term.

도 1 은 본 발명의 제1실시예에 따른 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈의 광전도 안테나 구성도이다.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 물질에 따른 굴절율 조건을 나타낸 도면이다.
도 3 은 본 발명의 제2실시예에 따른 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈의 광전도 안테나 구성도이다.
도 4 는 본 발명의 제3실시예에 따른 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈의 광전도 안테나 구성도이다.
도 5 는 본 발명의 제4실시예에 따른 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈의 광전도 안테나 구성도이다.
도 6 는 본 발명의 제5실시예에 따른 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈의 광전도 안테나 구성도이다.
도 7 은 본 발명의 제6실시예에 따른 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈의 광전도 안테나 구성도이다.
도 8 은 본 발명의 제7실시예에 따른 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈의 구성도이다.
도 9 는 본 발명의 제8실시예에 따른 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈의 구성도이다.
도 10 은 본 발명의 제9실시예에 따른 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈의 구성도이다.
도 11 은 본 발명의 실시예에 따른 메타소재 렌즈와 광학렌즈 사용시 해상도를 나타낸 도면이다.
도 12 내지 도 20 은 본 발명의 제1실시예에 따른 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈의 광전도 안테나 제조방법을 도시한 도면이다.
도 21 내지 도 30 은 본 발명의 제2실시예에 따른 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈의 광전도 안테나 제조방법을 도시한 도면이다.1 is a configuration diagram of a photoconductive antenna of an integrated antenna element module for terahertz continuous wave generation according to a first embodiment of the present invention.
2 is a view showing refractive index conditions according to the material according to an embodiment of the present invention.
3 is a configuration diagram of a photoconductive antenna of an integrated antenna element module for terahertz continuous wave generation according to a second embodiment of the present invention.
4 is a configuration diagram of a photoconductive antenna of an integrated antenna element module for terahertz continuous wave generation according to a third embodiment of the present invention.
5 is a configuration diagram of a photoconductive antenna of an integrated antenna element module for terahertz continuous wave generation according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a configuration diagram of a photoconductive antenna of an integrated antenna element module for terahertz continuous wave generation according to a fifth embodiment of the present invention.
7 is a configuration diagram of a photoconductive antenna of an integrated antenna element module for terahertz continuous wave generation according to a sixth embodiment of the present invention.
8 is a block diagram of an integrated antenna element module for terahertz continuous wave generation according to a seventh embodiment of the present invention.
9 is a configuration diagram of an integrated antenna element module for terahertz continuous wave generation according to an eighth embodiment of the present invention.
10 is a configuration diagram of an integrated antenna element module for terahertz continuous wave generation according to a ninth embodiment of the present invention.
11 is a view showing a resolution when using a meta-material lens and an optical lens according to an embodiment of the present invention.
12 to 20 illustrate a method of manufacturing a photoconductive antenna of an integrated antenna element module for terahertz continuous wave generation according to a first embodiment of the present invention.
21 to 30 are diagrams illustrating a method of manufacturing a photoconductive antenna of an integrated antenna element module for terahertz continuous wave generation according to a second embodiment of the present invention.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈 및 그 제조방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 이용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야할 것이다. Hereinafter, an integrated antenna device module for generating a terahertz continuous wave according to an embodiment of the present invention and a method of manufacturing the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this process, the thickness of the lines or the size of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of description. In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or convention of a user or an operator. Therefore, the definitions of these terms should be made based on the contents throughout the specification.

본 발명의 실시예에 따른 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈은 광전도 안테나에 전력향상 안테나와 기존의 광학렌즈가 기자고 있는 해상도 한계를 극복하는 메타소재 렌즈를 포함한다. 이하, 도 1 내지 도 11 을 참조하여 상세하게 설명한다.The integrated antenna element module for terahertz continuous wave generation according to the embodiment of the present invention includes a metamaterial lens that overcomes the resolution limitation of the power-enhancing antenna and the existing optical lens. Hereinafter, a detailed description will be given with reference to FIGS. 1 to 11.

도 1 은 본 발명의 제1실시예에 따른 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈의 광전도 안테나 구성도이다.1 is a configuration diagram of a photoconductive antenna of an integrated antenna element module for terahertz continuous wave generation according to a first embodiment of the present invention.

본 발명의 제1실시예에 따른 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈의 광전도 안테나(10)는 광전도체 박막 패턴(11), 금속전극(12) 및 높은 해상도로 물체의 3차원 영상을 조절할 수 있는 집속 메타소재 렌즈(13)를 포함한다.The photoconductive antenna 10 of the integrated antenna element module for terahertz continuous wave generation according to the first embodiment of the present invention is a photoconductor thin film pattern 11, a metal electrode 12, and a three-dimensional image of an object with high resolution. An adjustable focusing metamaterial lens 13 is included.

기판(1)은 고저항 실리콘 또는 InP 이다.The substrate 1 is high resistance silicon or InP.

금속전극(12)은 광전도체 박막 패턴(11)에 형성되어 테라헤르츠 연속파를 방사할 수 있도록 광전도체 박막 패턴(11)에 DC 바이어스 전압을 인가한다.The metal electrode 12 is formed on the photoconductor thin film pattern 11 to apply a DC bias voltage to the photoconductor thin film pattern 11 so as to emit a terahertz continuous wave.

광전도체 박막 패턴(11)은 기판(1)의 전면에 증착되어 극초단 펄스, 즉 10~100fps의 펄스 시간을 가지는 펨토초 레이저 펄스가 입사되면, 테라헤르츠 연속파를 방사한다. The photoconductor thin film pattern 11 is deposited on the entire surface of the substrate 1 and emits terahertz continuous waves when an ultrashort pulse, that is, a femtosecond laser pulse having a pulse time of 10 to 100 fps is incident.

광전도체 박막 패턴(11)은 다결정 InGaAs 박막 또는 이온 주입된 단결정 InGaAs 박막이 채용될 수 있다. The photoconductor thin film pattern 11 may be a polycrystalline InGaAs thin film or an ion implanted single crystal InGaAs thin film.

단결정 InGaAs에 주입되는 이온(14)은 Br+, Fe+, O+, N+, Au+ 등이 사용될 수 있다. 이때 사용되는 에너지(Energy), 주입량(Does), 주입각도(Angle)은 이온(14)의 질량에 따라 변화할 수 있고, 저항(Resistivity), 홀 이동성(Hole mobility), 캐리어 수명(Carrier life time)에 따라 다양하게 적용될 수 있다.As the ions 14 implanted into the single crystal InGaAs, Br + , Fe + , O + , N + , Au +, or the like may be used. At this time, the energy (Energy), the injection amount (Does), the injection angle (Angle) can be changed according to the mass of the ions 14, resistance, hole mobility, carrier life time Can be applied in various ways.

광전도체 박막 패턴(11)은 금속 전극에 의해 10V~50V의 DC 바이어스 전압이 인가된 상태에서, 극초단 펄스, 즉 펨토초 레이저 펄스가 입사되면, 내부에서 전자-정공쌍을 생성시키고, 이 전하들이 바이어스에 의해 양쪽 전극으로 이동하면서 광전류(photocurrent)를 발생시킨다. 이때, 광전류는 극초단 펄스에 의해 극히 짧은 시간 동안 흐르며, 이때 광전류의 변화에 의해 전자기장(electeric field)을 형성하는데, 광전하의 이동시간이 피코초 수준에 이를 정도로 짧을 때에 이 전자기장은 테라헤르츠파가 된다.The photoconductor thin film pattern 11 generates an electron-hole pair internally when an ultrashort pulse, that is, a femtosecond laser pulse is incident, with a DC bias voltage of 10 V to 50 V applied by the metal electrode. The photocurrent is generated while moving to both electrodes by the bias. At this time, the photocurrent flows for a very short time by the ultrashort pulse, and at this time, an electromagnetic field is formed by the change of the photocurrent. When the photoelectric charge traveling time is short enough to reach the picosecond level, the electromagnetic field is generated by terahertz waves. do.

집속 메타소재 렌즈(13)는 높은 해상도로 물체의 3차원 영상을 조절할 수 있도록 하고, 기존의 광학렌즈가 가지고 있는 해상도 한계를 극복할 수 있도록 한다. 이러한 집속 메타소재 렌즈(13)는 기판(1)의 후면에 형성되어 광전도체 박막 패턴(11)에서 방사되는 테라헤르츠 연속파를 집속시키고 정합을 용이하게 하도록 한다.The focusing metamaterial lens 13 can adjust a three-dimensional image of an object with high resolution and overcome the resolution limitations of existing optical lenses. The focusing metamaterial lens 13 is formed on the rear surface of the substrate 1 to focus the terahertz continuous wave emitted from the photoconductor thin film pattern 11 and to facilitate matching.

광전도체 박막 패턴(11)의 테라헤르츠 연속파는 전 공간으로 방사되는데, 자유공간에 비해 광전도체 박막 패턴(11) 및 집속 메타소재 렌즈(13)의 유전률이 훨씬 크다. 따라서, 대부분의 테라헤르츠 연속파는 집속 메타소재 렌즈(13)의 방향으로 방사된다. The terahertz continuous wave of the photoconductor thin film pattern 11 is radiated to the entire space, and the dielectric constant of the photoconductor thin film pattern 11 and the focusing metamaterial lens 13 is much larger than that of the free space. Therefore, most terahertz continuous waves are emitted in the direction of the focused metamaterial lens 13.

이와 같은 본 발명의 제1실시예에 따른 광전도 안테나(10)의 테라헤르츠 연속파 방사 과정은 먼저 금속 전극에 의해 10~50V의 DC 바이어스 전압이 광전도체 박막 패턴(11)에 인가된다.In the terahertz continuous wave radiation process of the photoconductive antenna 10 according to the first embodiment of the present invention, a DC bias voltage of 10 to 50 V is first applied to the photoconductor thin film pattern 11 by a metal electrode.

이때, 외부 기기에서 극초단 펄스를 광전도체 박막 패턴(11)에 입사한다. 이에 따라, 광전도체 박막 패턴(11)내에서는 전자-정공쌍이 생성되고, 이 전하들이 바이어스에 의해 양쪽 전극으로 이동하면서 광전류가 발생하게 된다.At this time, the ultra-short pulse is incident on the photoconductor thin film pattern 11 from an external device. Accordingly, electron-hole pairs are generated in the photoconductor thin film pattern 11, and photoelectric currents are generated while these charges move to both electrodes by bias.

이 광전류는 극초단 펄스에 의해 극히 짧은 시간 동안 흐르며, 이때 광전류의 변화에 의해 전자기장을 형성하는데, 광전하의 이동시간이 피코초 수준에 이를 정도로 짧을 때에 이 전자기장은 테라헤르츠파가 된다. This photocurrent flows for a very short time by an extremely short pulse, and the electromagnetic field is formed by the change of the photocurrent. When the photocharge movement time is short enough to reach the picosecond level, the electromagnetic field becomes a terahertz wave.

광전도체 박막 패턴(11)에서 테라헤르츠 연속파가 발생하면, 테라헤르츠 연속파의 대부분은 집속 메타소재 렌즈(13)의 방향으로 방사된다. When terahertz continuous waves are generated in the photoconductor thin film pattern 11, most of the terahertz continuous waves are radiated in the direction of the focused metamaterial lens 13.

도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 물질에 따른 굴절율 조건을 나타낸 도면이다.2 is a view showing refractive index conditions according to the material according to an embodiment of the present invention.

상기한 제1실시예에서, 광전도체 박막 패턴(11) 및 광학렌즈가 가지고 있는 해상도 한계를 극복하는 집속 메타소재 렌즈(13)는 높은 투과율과 굴절율을 유지하는 것이 유리하다. 도 2 를 참조하면, 굴절율과 투자율이 높은 영역(ε>0, μ>0,

Figure pat00001
)의 물질이 광전도체 박막 패턴(11)과 집속 메타소재 렌즈(13)에 채용될 수 있다. 참고로, ε는 유전율이고, μ는 투과율이며, n은 굴절율이다. 이는 나머지 실시예들에 대해서도 동일하게 적용된다.In the first embodiment described above, the focusing metamaterial lens 13 that overcomes the resolution limitations of the photoconductor thin film pattern 11 and the optical lens has an advantage of maintaining high transmittance and refractive index. Referring to FIG. 2, regions of high refractive index and high permeability (ε> 0, μ> 0,
Figure pat00001
) May be employed in the photoconductor thin film pattern 11 and the focusing metamaterial lens 13. For reference, ε is the dielectric constant, μ is the transmittance, and n is the refractive index. The same applies to the other embodiments.

이하, 본 발명의 제2내지 제9실시예에서 제1실시예와 동일한 부분에 대해서는 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, detailed description of the same parts as those of the first embodiment in the second to ninth embodiments of the present invention will be omitted.

도 3 은 본 발명의 제2실시예에 따른 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈의 광전도 안테나의 구성도이다.3 is a configuration diagram of a photoconductive antenna of an integrated antenna element module for terahertz continuous wave generation according to a second embodiment of the present invention.

본 발명의 제2실시예에 따른 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈의 광전도 안테나(10)는 제1실시예에 추가적으로 집속 정렬 메타소재 렌즈(14)를 더 포함한다.The photoconductive antenna 10 of the integrated antenna element module for terahertz continuous wave generation according to the second embodiment of the present invention further includes a focused alignment metamaterial lens 14 in addition to the first embodiment.

집속 정렬 메타소재 렌즈(14)는 도 3 에 도시된 바와 같이, 집속 메타소재 렌즈(13)와 이격되게 설치되며 초점 거리를 조절함으로써, 집속 메타소재 렌즈(13)에서 방사되는 에너지를 최적화한다.The focused alignment metamaterial lens 14 is installed to be spaced apart from the focused metamaterial lens 13 and adjusts a focal length, as shown in FIG. 3, thereby optimizing the energy radiated from the focused metamaterial lens 13.

테라헤르츠 연속파는 전파 투과성을 가지고 있다. 이러한 특성에 따라, 집속 정렬 메타소재 렌즈(14)의 초점 거리를 조절하여 물체에 투과함으로써, 가시영역에서 보이지 않는 부분을 볼 수 있게 되고, 높은 해상도로 물체의 3차원 영상을 얻을 수 있게 된다.Terahertz continuous waves have radio wave permeability. According to this characteristic, by adjusting the focal length of the focusing alignment metamaterial lens 14 to penetrate the object, it becomes possible to see the invisible portion in the visible region, and to obtain a three-dimensional image of the object with high resolution.

도 4 는 본 발명의 제3실시예에 따른 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈의 광전도 안테나 구성도이다.4 is a configuration diagram of a photoconductive antenna of an integrated antenna element module for terahertz continuous wave generation according to a third embodiment of the present invention.

본 발명의 제3실시예에 따른 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈의 광전도 안테나(10)는 제2실시예에 추가적으로 초반구형 집속렌즈(15)를 더 포함한다.The photoconductive antenna 10 of the integrated antenna element module for terahertz continuous wave generation according to the third embodiment of the present invention further includes an ultra-spherical focusing lens 15 in addition to the second embodiment.

초반구형 집속렌즈(15)는 도 4 에 도시된 바와 같이, 초반구형으로 형성되어 집속 정렬 메타소재 렌즈(14)에 설치되므로, 집속 정렬 메타소재 렌즈(14)로부터 방사되는 테라헤르츠 연속파를 일정 방향으로 집속시키고 정합을 더욱 용이하게 한다. Since the superspherical focusing lens 15 is formed in the superspherical shape and installed in the focusing alignment metamaterial lens 14, as shown in FIG. 4, the terahertz continuous wave emitted from the focusing alignment metamaterial lens 14 is fixed in a predetermined direction. To focus and to more easily match.

초반구형 집속렌즈(15)는 테라헤르츠 연속파를 일정 방향으로 집속시키기 위해 테라헤르츠 연속파에 대해 투과도가 높고 굴절률이 큰 고저항 실리콘으로 제작될 수 있다. The ultra-spherical focusing lens 15 may be made of high-resistance silicon having high transmittance and high refractive index with respect to the terahertz continuous wave in order to focus the terahertz continuous wave in a certain direction.

테라헤르츠 연속파는 전파 투과성을 가지고 있다. 이러한 특성에 따라, 초반구형 집속렌즈(14)의 초점 거리를 조절하여 물체에 투과함으로써, 가시영역에서 보이지 않는 부분을 볼 수 있게 되고, 높은 해상도로 물체의 3차원 영상을 얻을 수 있게 된다.Terahertz continuous waves have radio wave permeability. According to this characteristic, by adjusting the focal length of the ultra-spherical focusing lens 14 and passing it through the object, the invisible part can be seen and a three-dimensional image of the object can be obtained with high resolution.

도 5 는 본 발명의 제4실시예에 따른 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈의 광전도 안테나 구성도이다.5 is a configuration diagram of a photoconductive antenna of an integrated antenna element module for terahertz continuous wave generation according to a fourth embodiment of the present invention.

본 발명의 제4실시예에 따른 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈의 광전도 안테나(10)는 제3실시예에 추가적으로 테라헤르츠파 집속렌즈(16)를 더 포함한다.The photoconductive antenna 10 of the integrated antenna element module for terahertz continuous wave generation according to the fourth embodiment of the present invention further includes a terahertz wave focusing lens 16 in addition to the third embodiment.

테라헤르츠 집속렌즈(16)는 도 5 에 도시된 바와 같이, 초반구형 집속렌즈(15)와 소정 거리 만큼 이격되어 초점 거리를 조정함으로써, 테라헤르츠 연속파의 방사손실을 감소시키고, 테라헤르츠 연속파의 공간 해상도를 향상시킨다.As shown in FIG. 5, the terahertz focusing lens 16 is spaced apart from the ultra-spherical focusing lens 15 by a predetermined distance to adjust the focal length, thereby reducing the radiation loss of the terahertz continuous wave, and the space of the terahertz continuous wave. Improve resolution

도 6 은 본 발명의 제5실시예에 따른 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈의 광전도 안테나 구성도이다.6 is a configuration diagram of a photoconductive antenna of an integrated antenna element module for terahertz continuous wave generation according to a fifth embodiment of the present invention.

본 발명의 제5실시예에 따른 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈의 광전도 안테나(10)는 제1실시예에 추가적으로 혼 안테나(17)를 더 포함한다.The photoconductive antenna 10 of the integrated antenna element module for terahertz continuous wave generation according to the fifth embodiment of the present invention further includes a horn antenna 17 in addition to the first embodiment.

혼 안테나(17)는 도 6 에 도시된 바와 같이, 집속 메타소재 렌즈(13)에 설치되어 집속 메타소재 렌즈(13)에서 방사되는 테라헤르츠 연속파의 지향성을 향상시킨다. As shown in FIG. 6, the horn antenna 17 is installed in the focused metamaterial lens 13 to improve the directivity of the terahertz continuous wave emitted from the focused metamaterial lens 13.

도 7 은 본 발명의 제6실시예에 따른 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈의 광전도 안테나 구성도이다.7 is a configuration diagram of a photoconductive antenna of an integrated antenna element module for terahertz continuous wave generation according to a sixth embodiment of the present invention.

본 발명의 제6실시예에 따른 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈의 광전도 안테나(10)는 제1실시예에 추가적으로 집속 정렬 메타소재 렌즈(14)와 혼 안테나(17)를 더 포함한다.The photoconductive antenna 10 of the integrated antenna element module for terahertz continuous wave generation according to the sixth embodiment of the present invention further includes a focused alignment metamaterial lens 14 and a horn antenna 17 in addition to the first embodiment. do.

집속 정렬 메타소재 렌즈(14)는 도 7 에 도시된 바와 같이, 집속 메타소재 렌즈(13)와 소정 거리 만큼 이격되어 렌즈 초점 거리를 조절하고, 혼 안테나(17)가 설치된다. As illustrated in FIG. 7, the focused alignment metamaterial lens 14 is spaced apart from the focused metamaterial lens 13 by a predetermined distance to adjust the lens focal length, and a horn antenna 17 is installed.

혼 안테나(17)는 집속 정렬 메타소재 렌즈(14)에서 렌즈 초점이 맞춰진 테라헤르츠 연속파의 지향성과 공간 해상도를 향상시키고, 테라헤르츠 연속파의 방사손실을 감소시킨다. The horn antenna 17 improves the directivity and spatial resolution of the lens-focused terahertz continuous waves in the focused alignment metamaterial lens 14, and reduces the radiation loss of the terahertz continuous waves.

참고로, 본 실시예에서는 혼 안테나(17)를 추가적으로 설치하여 테라헤르츠 연속파의 지향성을 향상시키는 것을 예시로 하여 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 않고, 필요에 따라 다양한 안테나가 채용될 수 있을 것이다.For reference, in the present exemplary embodiment, the horn antenna 17 is additionally installed to improve the directivity of the terahertz continuous wave. However, the present invention is not limited to the above-described exemplary embodiment, and various antennas may be employed as necessary. will be.

도 8 은 본 발명의 제7실시예에 따른 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈의 구성도이다.8 is a block diagram of an integrated antenna element module for terahertz continuous wave generation according to a seventh embodiment of the present invention.

본 발명의 제7실시예에 따른 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈은 기판(1) 상에 광전도 안테나(10)와 방사 형태로 다수 개가 배치되는 전력향상 안테나(110)를 포함한다. The integrated antenna element module for terahertz continuous wave generation according to the seventh exemplary embodiment of the present invention includes a photoconductive antenna 10 and a power improving antenna 110 disposed in plural on a substrate 1.

이 경우, 광전도 안테나(10)는 보우타이(bow-tie) 안테나(100), 다이폴(dipole) 안테나, 폴디드 다이폴(folded dipole) 안테나, 로그 주기(log-periodic) 안테나, 스파이럴(spiral) 안테나, 더블 슬롯(double-slot) 안테나, 더블 다이폴(double-dipole) 안테나 중 어느 하나가 채용될 수 있다. In this case, the photoconductive antenna 10 includes a bow-tie antenna 100, a dipole antenna, a folded dipole antenna, a log-periodic antenna, and a spiral. Any one of an antenna, a double-slot antenna, and a double dipole antenna may be employed.

참고로, 본 실시예에서는 보우타이 안테나(100)를 예시로 설명한다.For reference, in the present embodiment, the bow tie antenna 100 will be described as an example.

보우타이 안테나(100)는 도 8 에 도시된 바와 같이, 기판(140)의 중심에 위치하고, 전력향상 안테나(110)는 보우타이 안테나(100)의 주변에 링 형태로 다수 개가 분포된다.As illustrated in FIG. 8, the bow tie antenna 100 is positioned at the center of the substrate 140, and a plurality of bow tie antennas 100 are distributed in a ring shape around the bow tie antenna 100.

이러한 구조에서, 바이어스 패드(120)에 의해 10~50V의 DC 바이어스 전압이 인가되고, 보우타이 안테나(100)의 전극(미도시) 사이로 펨토초 레이저 펄스가 입사하면 광전도체 박막 패턴(11)내에서 전자-정공쌍을 생성시키고, 이 전하들이 바이어스에 의해 양쪽 전극(120)으로 이동하면서 광전류(photocurrent)가 발생하게 된다. In this structure, when a DC bias voltage of 10 to 50V is applied by the bias pad 120, and a femtosecond laser pulse is incident between the electrodes (not shown) of the bowtie antenna 100, the photoconductor thin film pattern 11 may be formed within the photoconductor thin film pattern 11. The electron-hole pairs are generated and photocurrents are generated as these charges move to both electrodes 120 by bias.

이 광전류는 극초단 펄스에 의해 극히 짧은 시간 동안 흐르며, 이 때 발생되는 광전류의 변화에 의해 전자기장(electromagnetic field)이 형성되는데, 광전하의 이동시간이 피코초 수준에 이를 정도로 짧을 때에 이 전자기장이 테라헤르츠파가 된다. This photocurrent flows for a very short time by an ultra-short pulse, and an electromagnetic field is formed by the change of the photocurrent generated at this time. When the photoelectric charge traveling time is short enough to reach the picosecond level, the electromagnetic field is terahertz. It becomes a wave.

따라서, 보우타이 안테나(100)의 방사방향과 전력향상 안테나(110)의 길이, 전력향상 안테나(110) 간에 간격, 전력향상 안테나(110)의 폭 및 전력향상 안테나(110)의 형성 각도를 최적화하여 종래의 광전도 안테나 보다 안테나 정합을 더욱 용이하게 할 수 있다. Accordingly, the radial direction of the bow tie antenna 100 and the length of the power improving antenna 110, the distance between the power improving antenna 110, the width of the power improving antenna 110, and the forming angle of the power improving antenna 110 are optimized. The antenna matching can be made easier than that of the conventional photoconductive antenna.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 보우타이 안테나(100)를 이용하면 10kΩ 이상의 출력 임피던스를 갖는 포토믹서와의 임피던스 정합 특성이 크게 향상되므로, 테라헤르츠 연속파의 출력을 크게 향상시킬 수 있다. Accordingly, when the bow tie antenna 100 according to the embodiment of the present invention is used, the impedance matching characteristic with the photomixer having an output impedance of 10 kΩ or more is greatly improved, and thus the output of the terahertz continuous wave can be greatly improved.

참고로, 도면부호 130은 신호 입출력 패드이고, 도면부호 160은 CPW(Coplanar Waveguide) 피드라인이며, 도면부호 150은 접지이다.For reference, reference numeral 130 is a signal input / output pad, reference numeral 160 is a CPW (Coplanar Waveguide) feed line, and reference numeral 150 is a ground.

도 9 는 본 발명의 제8실시예에 따른 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈의 구성도이다.9 is a configuration diagram of an integrated antenna element module for terahertz continuous wave generation according to an eighth embodiment of the present invention.

본 발명의 제8실시예에 따른 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈에서, 전력향상 안테나(210)의 패턴은 보우타이 안테나(200)의 방사방향, 전력향상 안테나(210)의 길이, 전력향상 안테나(210) 간에 간격, 전력향상 안테나(210)의 폭 및 전력향상 안테나(210)의 형성 각도를 최적화시켜 종래의 광전도 안테나(10) 보다 안테나의 정합을 더욱 용이하게 한다.In the integrated antenna element module for terahertz continuous wave generation according to the eighth embodiment of the present invention, the pattern of the power enhancement antenna 210 is the radial direction of the bowtie antenna 200, the length of the power enhancement antenna 210, and the power. The spacing between the enhancement antennas 210, the width of the power enhancement antenna 210, and the angle of formation of the power enhancement antenna 210 are optimized to make it easier to match the antennas than the conventional photoconductive antenna 10.

여기서, 전력향상 안테나(210)는 기판(240) 표면으로 방사되는 테라헤르츠 연속파를 억제하고 유전체 방향으로 집속하도록 하여 테라헤르츠 연속파의 전력을 향상시킨다. Here, the power enhancement antenna 210 suppresses terahertz continuous waves radiated to the surface of the substrate 240 and focuses in the dielectric direction, thereby improving the power of the terahertz continuous waves.

방사형태의 전력향상 안테나(210)는 도 9 에 도시된 바와 같이, 여러 개가 링 형태로 형성되어 전력향상 안테나(110)는 순차적으로 표면파를 차단하고, 방사 에너지를 유전체쪽으로 집속하므로 안테나 이득을 크게 향상시킬 수 있다. As shown in FIG. 9, a plurality of radial power improving antennas 210 are formed in a ring shape so that the power improving antenna 110 sequentially blocks surface waves and focuses radiant energy toward a dielectric, thereby greatly increasing antenna gain. Can be improved.

참고로, 도 9 를 참고하면, 보우타이 안테나(200)의 방사방향의 길이(λ/4)이고, 전력향상 안테나(210)의 길이, 전력향상 안테나(210) 간에 간격, 전력향상 안테나(210)의 폭 및 전력향상 안테나(210)의 형성 각도를 5°와 같이 채용할 수 있다. For reference, referring to FIG. 9, the length of the bow tie antenna 200 in the radial direction λ / 4, the length of the power enhancement antenna 210, the distance between the power enhancement antennas 210, and the power enhancement antenna 210. ) And the angle of formation of the power-improving antenna 210 may be adopted as 5 °.

도 10 은 본 발명의 제9실시예에 따른 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈의 구성도이다.10 is a configuration diagram of an integrated antenna element module for terahertz continuous wave generation according to a ninth embodiment of the present invention.

본 발명의 제9실시예에 따른 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈에서, 보우타이 안테나(300)는 다이폴 안테나와 보우타이 안테나의 장점을 갖는다. In the integrated antenna element module for terahertz continuous wave generation according to the ninth embodiment of the present invention, the bow tie antenna 300 has advantages of a dipole antenna and a bow tie antenna.

통상, 다이폴 안테나는 입력저항이 높고 대역폭이 좁고, 보우타이 안테나는 대역폭이 높고 입력저항이 낮은 특징을 가진다. Typically, dipole antennas have high input resistance and narrow bandwidth, and bowtie antennas have high bandwidth and low input resistance.

이에, 본 발명의 제9실시예에 따른 보우타이 안테나(300)는 다이폴 안테나의 높은 입력저항과 보우타이 안테나의 넓은 대역폭을 갖는다. Accordingly, the bow tie antenna 300 according to the ninth embodiment of the present invention has a high input resistance of the dipole antenna and a wide bandwidth of the bow tie antenna.

이러한 보우타이 안테나(300)는 도 10 에 도시된 바와 같이, 전체의 길이가 λ/2이며, 본 발명의 제9실시예에서 보우타이 안테나(300)의 길이는 λ/4이며, 갭(372)의 폭은 0.2mm이다. 또한, 보우타이 안테나(300)의 선폭(371)은 0.2mm, 선폭 사이의 간격 λ/32가 채용될 수 있다. As shown in FIG. 10, the bow tie antenna 300 has a length of? / 2, and in the ninth embodiment of the present invention, the bow tie antenna 300 has a length of? / 4 and a gap 372. ) Is 0.2mm wide. In addition, the line width 371 of the bow tie antenna 300 may employ 0.2 mm, and the interval λ / 32 between the line widths.

여기서, 보우타이 안테나(300)의 선폭(371)과 갭(372)은 보우타이 안테나(300)의 입력 저항을 결정하고, λ의 길이는 선택된 주파수의 중심 주파수를 결정한다.Here, the line width 371 and the gap 372 of the bowtie antenna 300 determine the input resistance of the bowtie antenna 300, and the length of λ determines the center frequency of the selected frequency.

도 11 은 본 발명의 실시예에 따른 메타소재 렌즈와 광학렌즈 사용시 해상도를 나타낸 도면이다.11 is a view showing a resolution when using a meta-material lens and an optical lens according to an embodiment of the present invention.

도 11 은 본 발명의 실시예에 따른 메타소재 렌즈와 종래의 광학렌즈 사용시 해상도를 나타낸 도면으로써, 기존의 광학렌즈는 360nm의 해상도를 가지는 반면에, 메타소재 렌즈는 90nm의 해상도를 가지는 것을 볼 수 있다. 11 is a view showing a resolution when using a meta-material lens and a conventional optical lens according to an embodiment of the present invention, while the conventional optical lens has a resolution of 360nm, while the meta-material lens has a resolution of 90nm have.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 메타소재 렌즈는 종래의 광학렌즈에 비해 높은 해상도를 얻을 수 있다.As such, the metamaterial lens according to the embodiment of the present invention may obtain a higher resolution than the conventional optical lens.

도 12 내지 도 20 는 본 발명의 제1실시예에 따른 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈의 광전도 안테나 제조방법을 도시한 도면이다.12 to 20 are diagrams illustrating a method of manufacturing a photoconductive antenna of an integrated antenna element module for terahertz continuous wave generation according to a first embodiment of the present invention.

본 발명의 제1실시예에 따른 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈의 광전도 안테나(10)의 제조방법은 먼저, 도 12 에 도시된 바와 같이, 고저항 실리콘 또는 InP의 기판(1)을 평평하게 형성한 후, 도 13 에 도시된 바와 같이, 기판(1)의 평평한 면에 광전도체 박막(11a)을 증착시킨다. 즉, 기판(1)에 광전도체 박막(11a)을 별도로 부착하지 않는다. In the method of manufacturing the photoconductive antenna 10 of the integrated antenna element module for terahertz continuous wave generation according to the first embodiment of the present invention, first, as shown in FIG. After forming the flat, the photoconductor thin film 11a is deposited on the flat surface of the substrate 1, as shown in FIG. That is, the photoconductor thin film 11a is not separately attached to the substrate 1.

광전도체 박막(11a)을 증착하면, 기판(1)의 후면을 평평하게 면처리한 후, 집속 메타소재(meta-material) 렌즈(lens)(13)를 형성한다.When the photoconductor thin film 11a is deposited, the back surface of the substrate 1 is flattened, and then a focused meta-material lens 13 is formed.

즉, 도 14 에 도시된 바와 같이, 기판(1)의 후면에 제1금속패턴(13a)을 형성한다. 제1금속패턴(13a)은 메타소재 렌즈용으로 사용된다. That is, as shown in FIG. 14, the first metal pattern 13a is formed on the rear surface of the substrate 1. The first metal pattern 13a is used for the metamaterial lens.

제1금속패턴(13a)을 형성한 후에는, 도 15 에 도시된 바와 같이, 기판(1)의 후면과 제1금속패턴(13a) 위에 제1금속패턴(13a)을 보호하기 위한 제1질화막(13b)을 증착한다.After the first metal pattern 13a is formed, a first nitride film for protecting the first metal pattern 13a on the rear surface of the substrate 1 and the first metal pattern 13a as shown in FIG. 15. (13b) is deposited.

제1질화막(13b)을 증착한 후에는, 도 16 에 도시된 바와 같이, 제1질화막(13b) 위에 제2금속패턴(13c)을 형성한다. 제2금속패턴(13c)은 메타소재 렌즈용으로 사용된다.After the first nitride film 13b is deposited, the second metal pattern 13c is formed on the first nitride film 13b as shown in FIG. 16. The second metal pattern 13c is used for the metamaterial lens.

제2금속패턴(13c)을 형성한 후에는, 도 17 에 도시된 바와 같이, 제2질화막(13d)과 제2금속패턴(13c) 위에 제2금속패턴(13c)을 보호하기 위한 제2질화막(13d)을 증착한다. After the second metal pattern 13c is formed, as shown in FIG. 17, the second nitride film for protecting the second metal pattern 13c on the second nitride film 13d and the second metal pattern 13c. (13d) is deposited.

이와 같이, 메타소재 렌즈용 제1,2금속패턴 공정이 완료되면, 도 18 에 도시된 바와 같이, 기판(1)의 전면에 증착된 광전도체 박막(11a)을 식각하여 패터닝함으로써, 광전도체 박막 패턴(11)을 형성한다.As such, when the first and second metal pattern processes for the metamaterial lens are completed, as shown in FIG. 18, the photoconductor thin film 11a is etched and patterned by depositing the photoconductor thin film 11a deposited on the entire surface of the substrate 1. The pattern 11 is formed.

광전도체 박막 패턴(11)은 기판(1)의 전면에 증착되는 바, 외부 기기(미도시)로부터 입사된 극초단 펄스, 즉 펨토초 레이저 펄스에 의해 테라헤르츠 연속파를 방사한다. The photoconductor thin film pattern 11 is deposited on the entire surface of the substrate 1 and emits terahertz continuous waves by ultrashort pulses, that is, femtosecond laser pulses incident from an external device (not shown).

광전도체 박막 패턴(11)은 다결정 InGaAs 박막 또는 이온(14) 주입된 단결정 InGaAs 박막이 채용될 수 있다. 단결정 InGaAs 박막을 채용하여 제조하는 방법은 도 21 내지 도 30 을 참조하여 설명한다. The photoconductor thin film pattern 11 may be a polycrystalline InGaAs thin film or a single crystal InGaAs thin film implanted with ions 14. A method of fabricating by employing a single crystalline InGaAs thin film will be described with reference to FIGS. 21 to 30.

광전도체 박막 패턴(11)이 다결정 InGaAs일 경우, 증착 장비로 MBE( Molecular Beam Epitaxy)를 이용할 수 있다. 이외에도 유기금속화학증착(Metalorganic Chemical Vapor Deposition MOCVD) 또는 스퍼터(Sputter) 등 다양한 방법이 적용될 수 있다.When the photoconductor thin film pattern 11 is polycrystalline InGaAs, Molecular Beam Epitaxy (MBE) may be used as the deposition equipment. In addition, various methods such as metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) or sputtering may be applied.

광전도체 박막(11a)을 식각하여 광전도체 박막 패턴(11)을 형성한 후에는, 도 19 에 도시된 바와 같이, 광전도체 박막 패턴(11) 위에 금속전극(12)을 형성한다.After the photoconductor thin film 11a is etched to form the photoconductor thin film pattern 11, a metal electrode 12 is formed on the photoconductor thin film pattern 11 as shown in FIG. 19.

이 경우, 금속전극(12)은 기판(1) 후면에 형성된 집속 메타소재 렌즈(13)와 동일한 기판(1)에 그 중심부를 맞추어 공정을 수행하므로, 별도의 정렬과정을 거칠 필요가 없다.In this case, since the metal electrode 12 performs a process by fitting the center thereof to the same substrate 1 as the focusing metamaterial lens 13 formed on the rear surface of the substrate 1, it does not need to undergo a separate alignment process.

금속전극(12)을 형성한 후에는, 도 20 에 도시된 바와 같이, 금속전극(12) 위에 전극 보호용 제3질화막(12a)을 형성한다.After the metal electrode 12 is formed, as shown in FIG. 20, the third nitride film 12a for protecting the electrode is formed on the metal electrode 12.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 집속 메타소재 렌즈(13)가 형성된 기판(1)에 광전도체 박막 패턴(11)과 금속전극(12)을 형성하므로, 종래 방법에 비해 기판(1) 사용을 줄일 수 있다. As described above, according to the embodiment of the present invention, since the photoconductor thin film pattern 11 and the metal electrode 12 are formed on the substrate 1 on which the focusing metamaterial lens 13 is formed, the substrate 1 is compared with the conventional method. Reduced use

게다가, 광전도체 박막 패턴(11)과 금속전극(12)을 별도로 제작하여 부착 및 정렬시키지 않으므로, 공정단계가 간단해지고 시간 및 가격을 절감할 수 있으며, 금속전극(12)과 집속 메타소재 렌즈(13) 간 정렬의 오차를 줄일 수 있다. In addition, since the photoconductor thin film pattern 11 and the metal electrode 12 are not separately manufactured and attached and aligned, the process step can be simplified and the time and cost can be reduced, and the metal electrode 12 and the focused metamaterial lens ( 13) The error of the alignment can be reduced.

도 21 내지 도 30 은 본 발명의 제2실시예에 따른 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈의 광전도 안테나 제조방법을 도시한 도면이다.21 to 30 are diagrams illustrating a method of manufacturing a photoconductive antenna of an integrated antenna element module for terahertz continuous wave generation according to a second embodiment of the present invention.

본 발명의 제2실시예에 따른 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈의 광전도 안테나(10)의 제조방법은 광전도체 박막 패턴(11)을 단결정 InGaAs를 이용하여 제조하는 방법이다. 이 외에는 제1실시예와 동일하며, 동일한 부분은 그 상세한 설명을 생략한다. The method of manufacturing the photoconductive antenna 10 of the integrated antenna element module for terahertz continuous wave generation according to the second embodiment of the present invention is a method of manufacturing the photoconductor thin film pattern 11 using single crystal InGaAs. Other than this is the same as that of 1st Embodiment, and the same part abbreviate | omits the detailed description.

본 발명의 제2실시예에 따른 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈의 광전도 안테나(10)의 제조방법은 광전도체 박막(11a)을 단결정 InGaAs를 채용함으로써, 도 21 내지 도 30 에 도시된 바와 같이, 광전도체 박막(11a)에 이온(14)을 추가적으로 주입한다.In the method of manufacturing the photoconductive antenna 10 of the integrated antenna element module for terahertz continuous wave generation according to the second embodiment of the present invention, a single crystal InGaAs is used for the photoconductor thin film 11a, as shown in FIGS. 21 to 30. As described above, ions 14 are additionally implanted into the photoconductor thin film 11a.

이때, 주입되는 이온(14)은 Br+, Fe+, O+, N+, Au+ 등이 사용될 수 있으며, 사용되는 에너지(Energy), 주입량(Does), 주입각도(Angle)은 이온(14)의 질량에 따라 변화할 수 있고, 저항(Resistivity), 홀 이동성(Hole mobility), 캐리어 수명(Carrier life time)에 따라 다양하게 적용될 수 있다. In this case, the implanted ions 14 may be Br +, Fe +, O +, N +, Au + and the like, and the energy, the amount of injection, and the angle of implantation are determined according to the mass of the ions 14. It may vary, and may be variously applied according to resistance, hole mobility, and carrier life time.

이와 같이, 단결정 InGaAs의 광전도체 박막(11a)을 형성한 후에는 도 23 내지 도 27 에 도시된 바와 같이, 집속 메타소재 렌즈(13)를 형성하고, 이후 도 28 내지 도 30 에 도시된 바와 같이, 금속전극(12)을 형성한다. As described above, after the photoconductor thin film 11a of the single crystal InGaAs is formed, as shown in FIGS. 23 to 27, the focusing metamaterial lens 13 is formed, and as shown in FIGS. 28 to 30. The metal electrode 12 is formed.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈 제조방법은 기판(1)의 전면에 광전도체 박막 패턴(11)을 증착하고, 기판(1)의 후면에 집속 메타소재 렌즈(13)를 직접 형성한다.As described above, in the method of manufacturing the integrated antenna element module for terahertz continuous wave generation according to the embodiment of the present invention, the photoconductor thin film pattern 11 is deposited on the front surface of the substrate 1 and the back surface of the substrate 1. The focusing metamaterial lens 13 is directly formed.

이를 통해, 후면에 집속 메타소재 렌즈(13)를 형성하고, 전면에 광전도체 박막 패턴(11)을 형성함으로써, 기판(1) 사용을 줄일 수 있고, 제조 공정 단계가 간단해짐에 따라 시간 및 가격을 절감할 수 있으며, 금속전극(12)과 집속 메타소재 렌즈(13) 정렬시 오차를 줄일 수 있다.Through this, by forming the focusing metamaterial lens 13 on the back side and the photoconductor thin film pattern 11 on the front side, the use of the substrate 1 can be reduced, and the manufacturing process step is simplified, and thus the time and price are reduced. It is possible to reduce, and to reduce the error when the metal electrode 12 and the focusing metamaterial lens 13 is aligned.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.
Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, it is merely exemplary and various modifications and equivalent other embodiments are possible to those skilled in the art. Will understand. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the claims below.

1,140,240,340: 기판 10: 광전도 안테나
11: 광전도체 박막 패턴 12: 금속전극
13: 집속 메타소재 렌즈 14: 집속 정렬 메타소재 렌즈
15: 초반구형 집속렌즈 16: 테라헤르츠파 집속렌즈
17: 혼 안테나 18: 이온
100,200,300: 보우타이 안테나 110,210,310: 전력향상 안테나
120,220,320: 바이어스 패드 1,140,240,340: substrate 10: photoconductive antenna
11: photoconductor thin film pattern 12: metal electrode
13: Focused metamaterial lens 14: Focused aligned metamaterial lens
15: Ultraspherical Focusing Lens 16: Terahertz Wave Focusing Lens
17: horn antenna 18: ion
100,200,300: Bow Tie Antenna 110,210,310: Power Enhancement Antenna
120,220,320: bias pad

Claims (17)

기판의 전면에 형성되어 테라헤르츠 연속파를 발생시키는 광전도체 박막 패턴;
상기 광전도체 박막 패턴에 형성되어 상기 광전도체 박막 패턴에 DC 바이어스 전압을 인가하는 금속 전극; 및
상기 기판의 후면에 형성되어 상기 광전도체 박막 패턴에서 방사되는 테라헤르츠 연속파를 집속시키는 집속 메타소재 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈.A photoconductor thin film pattern formed on the front surface of the substrate to generate a terahertz continuous wave;
A metal electrode formed on the photoconductor thin film pattern to apply a DC bias voltage to the photoconductor thin film pattern; And
An integrated antenna element module for terahertz continuous wave generation, characterized in that it comprises a focusing metamaterial lens formed on the rear surface of the substrate to focus the terahertz continuous wave radiated from the photoconductor thin film pattern. 제 1 항에 있어서, 상기 기판은 고저항 실리콘 기판 또는 InP 기판인 것을 특징으로 하는 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈.The integrated antenna device module of claim 1, wherein the substrate is a high resistance silicon substrate or an InP substrate. 제 1 항에 있어서, 상기 광전도체 박막 패턴은 다결정 InGaAs 박막인 것을 특징으로 하는 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈.The integrated antenna device module of claim 1, wherein the photoconductor thin film pattern is a polycrystalline InGaAs thin film. 제 1 항에 있어서, 상기 광전도체 박막 패턴은 이온 주입된 단결정 InGaAs 박막인 것을 특징으로 하는 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈.The integrated antenna device module of claim 1, wherein the photoconductor thin film pattern is an ion implanted single crystal InGaAs thin film. 제 1 항에 있어서, 상기 기판에 방사 방향으로 링 형태로 형성되어 표면파를 차단하고 방사 에너지를 집속시키는 전력 향상 안테나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈.The integrated antenna element module of claim 1, further comprising a power enhancement antenna formed in a ring shape in the radial direction on the substrate to block surface waves and to focus radiant energy. 제 1 항에 있어서, 상기 집속 메타소재 렌즈와 이격되어 상기 집속 메타소재 렌즈의 초점을 조절하여 물체의 3차원 영상을 얻을 수 있도록 하는 집속 정렬 메타소재 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈.The terahertz continuous wave of claim 1, further comprising a focusing alignment metamaterial lens spaced apart from the focusing metamaterial lens to adjust a focus of the focusing metamaterial lens to obtain a three-dimensional image of an object. Integrated antenna element module for generation. 제 6 항에 있어서, 상기 집속 정렬 메타소재 렌즈에 형성되어 상기 집속 정렬 메타소재 렌즈로부터 방사되는 테라헤르츠 연속파의 지향성 특성과 물체의 3차원 영상을 얻을 수 있도록 하는 초반구형 집속렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈.The method of claim 6, further comprising an ultra-spherical focusing lens formed on the focusing alignment metamaterial lens to obtain a three-dimensional image of the object and directivity characteristics of the terahertz continuous wave emitted from the focusing alignment metamaterial lens. An integrated antenna element module for generating terahertz continuous waves. 제 7 항에 있어서, 상기 초반구형 집속렌즈는 고저항 실리콘으로 형성되는 것을 특징으로 하는 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈.8. The integrated antenna element module according to claim 7, wherein the ultra-spherical focusing lens is made of high resistance silicon. 제 8 항에 있어서, 상기 초반구형 집속렌즈와 이격되어 상기 초반구형 집속렌즈로부터 방사되는 테라헤르츠 연속파를 집속시키는 테라헤르츠파 집속렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈.The integrated antenna element of claim 8, further comprising a terahertz wave focusing lens spaced apart from the hyperspherical focusing lens and focusing terahertz continuous waves radiated from the hyperspherical focusing lens. module. 제 1 항에 있어서, 상기 집속 메타소재 렌즈에 설치되어 상기 집속 메타소재 렌즈의 테라헤르츠 연속파를 방사하는 혼 안테나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈.2. The integrated antenna element module according to claim 1, further comprising a horn antenna installed on the focusing metamaterial lens to emit terahertz continuous waves of the focused metamaterial lens. 제 1 항에 있어서,
상기 집속 메타소재 렌즈와 이격되고 상기 집속 메타소재 렌즈의 초점을 조절하여 물체의 3차원 영상을 얻을 수 있도록 하는 초점을 조절하는 집속 정렬 메타소재 렌즈; 및
상기 집속 정렬 메타소재 렌즈에 설치되어 상기 집속 정렬 메타소재 렌즈로부터 방사되는 테라헤르츠 연속파를 방사하는 혼 안테나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈.The method of claim 1,
A focusing alignment metamaterial lens spaced apart from the focusing metamaterial lens and adjusting a focus to obtain a three-dimensional image of an object by adjusting a focus of the focusing metamaterial lens; And
The integrated antenna element module for terahertz continuous wave generation, further comprising a horn antenna installed on the focused alignment metamaterial lens and emitting a terahertz continuous wave emitted from the focused alignment metamaterial lens. 기판의 전면에 광전도체 박막을 형성하는 단계;
상기 광전도체 박막을 패터닝하여 광전도체 박막 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 광전도체 박막 패턴에 금속전극을 형성하는 단계를 포함하는 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈의 제조방법.Forming a photoconductor thin film on the front surface of the substrate;
Patterning the photoconductor thin film to form a photoconductor thin film pattern; And
A method of manufacturing an integrated antenna device module for terahertz continuous wave generation comprising forming a metal electrode on the photoconductor thin film pattern. 제 12 항에 있어서,
상기 기판의 후면에 제1금속패턴을 형성하는 단계;
상기 기판의 후면과 상기 제1금속패턴 위에 제1질화막을 형성하는 단계;
상기 제1질화막 위에 제2금속패턴을 형성하는 단계; 및
상기 제1질화막과 상기 제2금속패턴 위에 제2질화막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈의 제조방법.The method of claim 12,
Forming a first metal pattern on a rear surface of the substrate;
Forming a first nitride film on a rear surface of the substrate and on the first metal pattern;
Forming a second metal pattern on the first nitride film; And
A method of manufacturing an integrated antenna device module for terahertz continuous wave generation, further comprising forming a second nitride film on the first nitride film and the second metal pattern. 제 12 항에 있어서, 상기 기판의 전면과 상기 광전도체 박막 패턴 위에 제3질화막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈의 제조방법.The method of claim 12, further comprising forming a third nitride film on the front surface of the substrate and the photoconductor thin film pattern. 제 12 항에 있어서, 상기 기판은 고저항 실리콘 기판 또는 InP 기판인 것을 특징으로 하는 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈의 제조방법.The method of claim 12, wherein the substrate is a high resistance silicon substrate or an InP substrate. 제 12 항에 있어서, 상기 광전도체 박막 패턴은 다결정 InGaAs 박막인 것을 특징으로 하는 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈의 제조방법.The method of claim 12, wherein the photoconductor thin film pattern is a polycrystalline InGaAs thin film. 제 12 항에 있어서, 상기 광전도체 박막 패턴은 이온 주입된 단결정 InGaAs 박막인 것을 특징으로 하는 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈의 제조방법. The method of claim 12, wherein the photoconductor thin film pattern is an ion implanted single crystal InGaAs thin film.
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