CN103855228A - 一种基于光学天线的太赫兹探测器件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于光学天线的太赫兹探测器件，包括衬底，蝶形光学天线，微小产热金属块，第一欧姆接触电极，第二欧姆接触电极，n型半导体引出线和p型半导体引出线；所述蝶形光学天线位于所述衬底表面；所述微小产热金属块位于所述衬底表面，被所述蝶形光学天线的两臂夹在中间；所述第一欧姆接触电极和第二欧姆接触电极位于所述衬底表面，对称布置在蝶形光学天线的对称轴上；所述n型半导体引出线嵌于所述衬底内，一端与所述微小产热金属块底面相连接，另一端与所述第一欧姆接触电极的底面相连接；所述p型半导体引出线嵌于所述衬底内，一端与所述微小产热金属块底面相连接，另一端与所述第二欧姆接触电极的底面相连接。

Description

一种基于光学天线的太赫兹探测器件
技术领域
本发明涉及太赫兹探测技术领域，特别涉及一种基于光学天线的太赫兹探测器件。
背景技术
太赫兹波是指频率为0.1Thz到10Thz范围内的电磁波，是宏观电子学向微观光子学过渡的一个频段。大量星际分子的特征谱线、大量有机分子转动和振动跃迁及半导体的子带和微带能量等都在太赫兹波范围内。并且太赫兹波能穿透非金属和非极性材料，如纺织品、纸板、塑料、木料等包装物，还能穿透烟雾和浮尘等。因此，太赫兹探测技术在物理学、材料科学、生命科学、天文学、信息技术和国防科技等领域有着巨大的应用前景。
对于太赫兹波的探测，目前主要采用以下几种方法：一是傅里叶变换光谱探测法，该方法主要是应用在傅里叶变换光谱仪上，使用的探测器是各种热辐射探测计，且这些热辐射探测计需要在低温下工作；二是时域光谱太赫兹探测法，对于脉冲太赫兹信号，该方法是一种非常有效的探测手段，但是需要在飞秒激光器辅助下使用；三是外差式探测法，该方法可以进行高的频谱分辨率太赫兹探测，其中超导太赫兹探测器和热电子辐射热计是典型的外差式探测器，但是需要在极低的温度下工作；四是直接探测法，其中的一个典型代表是全固态太赫兹半导体量子阱探测器，工作温度为10～50K。
光学天线己经成为当前表面等离激元乃至整个纳米光子学领域的研究热点。光学天线其中的一个基本特性是场局域特性。入射高频电磁波与金属纳米结构相互作用时，产生表面等离子体激元共振，电磁场局域在金属表面，形成场增强。由于耦合作用，在天线的间隙处，电场得到很大的增强，最高倍数可以达到1000倍。改变光学天线尺寸可以改变其响应的波段，从而使其可实现高至紫外光，低至太赫兹波的响应。
由于光学天线具有场局域的特点，当太赫兹波照射到光学天线表面时，光学天线会把照射在它表面的太赫兹波电磁场局域在间隙处。如果在间隙处放上一个微小金属块，局域场就会发生耗损产生热量，使微小金属块温度升高，从而出现温差电动势。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种基于光学天线的太赫兹探测器件，该探测器不需要制冷，并且有高的响应度，可探测整个太赫兹频段。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于光学天线的太赫兹探测器件，包括衬底，蝶形光学天线，微小产热金属块，第一欧姆接触电极，第二欧姆接触电极，n型半导体引出线和p型半导体引出线；所述蝶形光学天线位于所述衬底表面；所述微小产热金属块位于所述衬底表面，被所述蝶形光学天线的两臂夹在中间；所述第一欧姆接触电极和第二欧姆接触电极位于所述衬底表面，对称布置在蝶形光学天线的对称轴上；所述n型半导体引出线嵌于所述衬底内，一端与所述微小产热金属块底面相连接，另一端与所述第一欧姆接触电极的底面相连接；所述p型半导体引出线嵌于所述衬底内，一端与所述微小产热金属块底面相连接，另一端与所述第二欧姆接触电极的底面相连接。
所述蝶形光学天线的材质为贵金属，用于接收太赫兹电磁波，并产生局域电磁场。
所述微小产热金属块，用于消耗局域电磁场能量并产生热量。
所述n型半导体引出线的材质为n型半导体热电材料。
所述p型半导体引出线的材质为p型半导体热电材料。
与现有技术相比，本发明具有如下突出的实质性特点和显著的优点：
本发明制成的探测器的探测带宽比较宽，且响应速度较快，具有高的太赫兹探测性能；同时本发明制作工艺较为简单，成本低廉，可以大规模生产；本发明探测器还可在室温工作运行，克服了现有探测器需要低温工作的缺陷。
附图说明
图1为本发明探测器的结构示意图；
图2为本发明探测器的剖视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
如图1和图2所示，一种基于光学天线的太赫兹探测器件，包括衬底1，蝶形光学天线2，微小产热金属块3，第一欧姆接触电极4，第二欧姆接触电极5，n型半导体引出线6和p型半导体引出线7；所述蝶形光学天线2位于所述衬底1表面；所述微小产热金属块3位于所述衬底1表面，被所述蝶形光学天线2的两臂夹在中间；所述第一欧姆接触电极4和第二欧姆接触电极5位于所述衬底1表面，对称布置在蝶形光学天线2的对称轴上；所述n型半导体引出线6嵌于所述衬底1内，一端与所述微小产热金属块3底面相连接，另一端与所述第一欧姆接触电极4的底面相连接；所述p型半导体引出线7嵌于所述衬底1内，一端与所述微小产热金属块3底面相连接，另一端与所述第二欧姆接触电极5的底面相连接。
所述蝶形光学天线2的材质为贵金属。
所述n型半导体引出线6的材质为n型半导体热电材料。
所述p型半导体引出线7的材质为p型半导体热电材料。
本发明的工作原理为：当太赫兹波照射在蝶形光学天线2上时，蝶形光学天线2吸收入射的太赫兹波，并把太赫兹波的电磁场能量局域在蝶形光学天线2的两臂间隙处。接着间隙处的电磁场在微小产热金属块3的损耗下转化为热量，使微小产热金属块3的温度升高，使得微小产热金属块3与第一欧姆接触电极4及第二欧姆接触电极5之间有温度差。根据塞贝克效应，n型半导体引出线6及 p型半导体引出线7两端就有电势差产生。通过测量第一欧姆接触电极4和第二欧姆接触电极5之间的电压信号就能获得入射的太赫兹波相关信息。 

Claims (4)

1.一种基于光学天线的太赫兹探测器件，其特征在于，包括衬底（1），蝶形光学天线（2），微小产热金属块（3），第一欧姆接触电极（4），第二欧姆接触电极（5），n型半导体引出线（6）和p型半导体引出线（7）；所述蝶形光学天线（2）位于所述衬底（1）表面；所述微小产热金属块（3）位于所述衬底（1）表面，被所述蝶形光学天线（2）的两臂夹在中间；所述第一欧姆接触电极（4）和第二欧姆接触电极（5）位于所述衬底（1）表面，对称布置在蝶形光学天线（2）的对称轴上；所述n型半导体引出线（6）嵌于所述衬底（1）内，一端与所述微小产热金属块（3）底面相连接，另一端与所述第一欧姆接触电极（4）的底面相连接；所述p型半导体引出线（7）嵌于所述衬底（1）内，一端与所述微小产热金属块（3）底面相连接，另一端与所述第二欧姆接触电极（5）的底面相连接。
2.根据权利要求1所述的基于光学天线的太赫兹探测器件，其特征在于，所述蝶形光学天线（2）的材质为贵金属。
3.根据权利要求1所述的基于光学天线的太赫兹探测器件，其特征在于，所述n型半导体引出线（6）的材质为n型半导体热电材料。
4.根据权利要求1所述的基于光学天线的太赫兹探测器件，其特征在于，所述p型半导体引出线（7）的材质为p型半导体热电材料。
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