DE112014004277T5 - Terahertz-Lichtquellenchip, Lichtquellenvorrichtung, Lichtquellenanordnung und ihr Herstellungsverfahren - Google Patents

Terahertz-Lichtquellenchip, Lichtquellenvorrichtung, Lichtquellenanordnung und ihr Herstellungsverfahren Download PDF

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Dongmin Wu
Yong Cai
Hua Qin
Jiandong Sun
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Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt einen Terahertz-Lichtquellenchip, eine Lichtquellenvorrichtung, eine Lichtquellenanordnung und ihr Herstellungsverfahren zur Verfügung, wobei der Lichtquellenchip umfasst: eine Elektronengas-Plattformfläche; eine an der zweidimensionalen Elektronengas-Plattformfläche ausgebildete Elektrode zum Anregen der Plasmawelle; einen unterhalb der Elektronengas-Plattformfläche ausgebildeten Terahertz-Resonanzhohlraum, wobei an der Unterseite des Resonanzhohlraums ein Totalreflexionsspiegel angeordnet ist; sowie ein Gitter, das an der zweidimensionalen Elektronengas-Plattformfläche angeordnet ist und zur Kopplung zwischen dem Plasmawellenmodus und der Terahertz-Resonanzhohlraumform dient, um eine Terahertz-Wellenemission auszubilden. Bei der vorliegenden Erfindung wird ein Plasmonpolaritonsmodus über eine starke Koppelung zwischen der Terahertz-Resonanzhohlraumform und dem Plasmawellenmodus im zweidimensional Elektronengas unter dem Gitter ausgebildet, dabei kann eine Terahertz-Wellenemission unter der Verwendung der elektrischen Anregung der Plasmonpolariton erzeugt werden, um zu vermeiden, dass die mittels der hochfrequenten Schwingungen eines einzelnen Elektrons oder des Quantenübergangs eines einzelnen Elektrons erzeugte Emission ein Problem mit einer niedrigen Frequenz oder niedrigen Betriebstemperatur hat, um den Sendefrequenzbereich und den Betriebstemperaturbereich zu erweitern.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Technik zum Herstellen der Terahertz-Radiation, insbesondere einen Terahertz-Lichtquellenchip, eine Lichtquellenvorrichtung, eine Lichtquellenanordnung und ihr Herstellungsverfahren.
  • STAND DER TECHNIK
  • Die Terahertz-Welle (terahertz wave) ist eine elektromagnetische Welle mit einer Frequenz von 0,1–10 THz (1 THz = 1000 GHz = 1012 Hz) und einer Wellenlänge von 30 μm–3 mm, befindet sich im elektromagnetischen Frequenzspektrum zwischen dem Millimeterwellenband und dem Infrarotlichtwellenband und wurde früher als Submillimeterwelle oder Ferninfrarot bezeichnet. Die Strahlung der Terahertz-Welle wird auch als Terahertz-Radiation (terahertz radiation) bezeichnet. Eine Vorrichtung oder ein Gerät, die die Terahertz-Wellenstrahlung erzeugen können, werden als Terahertz-Lichtquelle (terahertz source) und Terahertz-Emitter (terahertz emitter) bezeichnet.
  • Die bestehenden technischen Lösungen zum Erzeugen der Terahertz-Radiation sind hauptsächlich in folgende drei Sorten aufgeteilt:
    Die erste Sorte ist eine elektronische technische Lösung, bei der über die Beschleunigungsbewegung der Elektronen und die Hin- und Herbewegung im realen Raum oder Impulsraum eine Strahlung der hochfrequenten elektromagnetischen Welle erzeugt wird. Die Terahertz-Lichtquellenvorrichtung dieser Sorte umfasst den Gunn-Oszillator negativen Widerstands, den Resonanztunneldiode-Oszillator, den Lawinendurchgangsdiode-Oszillator, den auf den Transistoren basierenden Oszillator und andere elektronische Vorrichtungen oder Schaltungen. Die elektronische technische Lösung umfasst auch eine technische Lösung, bei der ein mehrmaliges Frequenzvervielfachen und Leistungsverstärken für das Mikrowellensignal durchgeführt werden, um eine Terahertz-Wellenstrahlung zu erzeugen.
  • Die zweite Sorte der Lösungen ist eine technische Lösung der Photonen, bei der mittels der Übergänge der Elektronen zwischen den Quantenniveaus eine Emission der Photonen der Terahertz-Welle erzeugt wird. Die auf der technischen Lösung basierende Terahertz-Wellenlichtquelle umfasst den auf den Rotationsenergieniveaus der Gasmoleküle basierenden Gaslaser und den auf den künstlichen Übergitter-Quantenenergieniveaus basierenden Quantenkaskadenlaser.
  • Die dritte Sorte ist eine technische Lösung, bei der die Photonik-Technologie und die Elektronik-Technologie kombiniert sind. Die technische Lösung umfasst hauptsächlich eine auf dem Femtosekunden-Ultrakurzlichtimpuls basierende Breitspektrum-Terahertz-Lichtquelle und ihre Pump-Probe-Technik sowie die nichtlineare optische Berichtigungs- und Differenzfrequenztechnik.
  • Darüber hinaus besteht noch eine technische Lösung, bei der auf der Plasmawelle (plasma wave, die auch als Plasmonen bezeichnet) basierend es realisiert wird, dass die Terahertz-Emissionsquelle die Terahertz-Radiation erzeugt. Die technische Lösung ist sowohl nicht gleich wie die auf der Bewegung der einzigen Ladung basierende Elektronik-Lösung oder die auf der Energieniveau-Übergänge der einzigen Ladung basierende Photonik-Lösung als auch nicht gleich wie die technische Lösung der Femtosekunden-Ultrakurzpulsanregung.
  • Die technische Lösung, bei der auf der Plasmawelle basierend die Terahertz-Emissionsquelle realisiert wird, ist am frühsten 1980 entstanden, D. C. Tsui, E. Gornik und R. A. Logan haben die Terahertzwelle-Plasmaemission im zweidimensionalen Elektronengas gefunden. Dyakonov und Shur haben im Jahr 1993 eine Vorrichtungsstruktur, die den Gleichstrom wirksam in die Plasmawellenanregung umwandeln kann, und ein Flachwasserwellentheorienmodell offenbart. Allerdings besteht bei der Erzeugung der Terahertz-Emission mittels des vorliegenden Verfahrens immer ein Problem, dass die Emissionseffizienz und die Leistung niedrig sind und eine niedrigere Temperatur benötigt ist. Shur et al. hat im US-Patent US 7.619.263 B2 offenbart eine Realisierung der Radiofrequenz, Terahertz-Erkennung, Emission und Regulierung mittels der Plasmonwellenresonanz in den Transistoren mit hoher Elektronenbeweglichkeit. Die Grundsätze des Patents basiert auf der durch Dyakonov und Shur im Jahr 1993 offenbarten Flachwasserwellen-Instabilitätstheorie, bei der unter der Verwendung des Femtosekunden-Lasers die Plasmawellen in einem zweidimensionalen Elektronengas angeregt werden, wobei mittels der auf die Vorrichtung ausgeübten Source-Drain-Spannung und Gate-Spannung die Plasmawellen und die Terahertz-Wellen reguliert werden. Die Vorrichtung im Patent umfasst einen einzelnen oder mehrere Single-Gate-Transistor(en) mit hoher Elektronenbeweglichkeit oder einen mit der Gitter-Gate-Elektrode versehenen Transistor mit hoher Elektronenbeweglichkeit. Darüber hinaus bildet das US-Patent US 7.638.817 B2 von Shur et al. eine weitere Verbesserung und Ergänzung für das US-Patent US 7.619.263 B2 , in dem eine Transistor-Mikrowelle mit hoher Elektronenbeweglichkeit und Submikrometer-Gate-Länge und eine Terahertz-Vorrichtung offenbart wurden, umfassend einen Detektor, eine Lichtquelle und einen Modulator, dabei kann die offenbarte Vorrichtungsstruktur eine Detektions-, Emissions- und Regulierungsfunktion realisieren, ohne die durch Dyakonov und Shur geforderten asymmetrischen Randbedingungen zu benötigen. Das US-Patent US 7.915.641 B2 von Otsuji et al. offenbart eine Realisierung der Anregung der Plasmawellen mittels des Einfalllasers.
  • Bei diesem Patent wird ein durch ein Doppelgitter moduliertes zweidimensionales Elektronengas unter der Verwendung von zwei Strahlen von sichtbarem Differenzfrequenzlicht oder Infrarotlicht gemeinsam angeregt, um eine Anregung der Plasmawellen zu realisieren, deren Schwingungsfrequenz eine Differenzfrequenz ist, darüber hinaus wird ein positives Feedback mittels eines Gitters und eines an der unteren Oberfläche des Substrats ausgebildeten Terahertz-Resonanzhohlraums durchgeführt, um eine Verstärkung der Terahertz-Welle zu erhalten und das Problem damit zu lösen, dass die Umwandlung von der Plasmawelle in die Terahertz-Emission eine niedrige Effizienz hat. Es ist das Ziel des in diesem Patent verwendeten Doppelgitters, im zweidimensionalen Elektronengas eine Plasmawelle mit der Aufspaltung der Energieniveaus auszubilden, so dass die Aufspaltungsmenge der Energieniveaus identisch mit der Frequenzdifferenz der beiden Strahlen des Anregungslichts ist, dadurch wird eine Anregung vom sichtbaren Licht oder Infrarotlicht in die Plasmawelle realisiert. Das Patent offenbart ebenfalls ein Verfahren, bei dem die Anregung der beiden Lichtstrahlen und der Source-Drain-Strom des zweidimensionalen Elektronengases kombiniert werden, um die Emissionseffizienz zu verbessern. Eine chinesische Patentanmeldung CN101964500A von 2011 offenbart ein elektrisches Anregungsverfahren, bei dem mittels der Terahertz-Resonanz-Innenelektronenfeldemission und der Kopplung der Resonanzhohlraumsform die Plasmawellen realisiert werden.
  • Die Plasmawelle bezieht sich auf die Konzentrationsschwankung, die durch eine Aggregation der Ladungen gleicher Polarität unter einem Hintergrund der Ladungen entgegengesetzter Polarität erzeugt wird, und verfügt über die Eigenschaften der Welle, die Plasmawelle ist ein kollektiver Erregungsmodus der Ladungen. Die Konzentrationsschwankung der Ladungen vom bestimmten Modus, nämlich die Plasmawelle vom bestimmten Modus, wird zum Plasmon (plasmon). Durch eine Anregung des Elektronengases im Festkörper werden die Plasmawellen oder Plasmon erzeugt. Unter den Umständen des Körpermaterials werden sie zu dreidimensionaler Plasmawelle oder dreidimensionalem Plasmon. Im zweidimensionalen Elektronengas werden sie zu zweidimensionaler Plasmawelle oder zweidimensionalem Plasmon.
  • Das zweidimensionale Elektronengas (two-dimensional electron gas, 2DEG) bezieht sich auf eine an der Oberfläche des schmalen Bandlückenhalbleiters des heterogenen Interfaces eines Halbleiters ausgebildete quasi-zweidimensionale Elektronenschicht, wie z.B. zweidimensionales Elektronengas der GaAs-Oberfläche am AlGaAs/GaAs-Heterogen-Interface, zweidimensionales Elektronengas der GaN-Oberfläche am AlGaN/GaN-Heterogen-Interface, zweidimensionales Elektronengas der Si-Oberfläche am Si/SiGe-Heterogen-Interface. Da im zweidimensionalen Elektronengas die Elektronen wirksam im Raum von gemischten Fremdkörpern abgeschieden werden können, hat das zweidimensionale Elektronengas im Vergleich zu Trägern im entsprechenden Halbleitermaterial eine höhere Beweglichkeit.
  • Jedoch ist die Beweglichkeit der Elektronen des zweidimensionalen Elektronengases beschränkt. Wegen der beschränkten Beweglichkeit der Elektronen hat der Plasmawellenmodus einen niedrigeren Qualitätsfaktor und einen großen Verlust, deshalb ist es nicht förderlich für die Erhöhung der Umwandlungseffizienz vom Antriebsstrom in die Plasmawellenanregung.
  • Im Stand der Technik, dass auf der Plasmawelle basierend eine Terahertz-Emissionsquelle realisiert wird, wird keine Lösung für die Probleme wie niedrigen Qualitätsfaktor der Plasmawelle deutlich erläutert.
  • Aufgrund dessen ist eine technische Lösung zum Erhöhen der gesamten Effizienz der Anregung der Plasmawelle notwendig.
  • INHALT DES VORLIEGENDEN GEBRAUCHSMUSTERS
  • Die vorliegende Erfindung stellt einen Terahertz-Lichtquellenchip, eine Lichtquellenvorrichtung, eine Lichtquellenanordnung und ihr Herstellungsverfahren zur Verfügung, so dass mindestens ein durch die Beschränkungen oder Mängel aus dem Stand der Technik erzeugtes Problem gelöst wird.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Terahertz-Lichtquellenchip zur Verfügung gestellt, wobei der Terahertz-Lichtquellenchip umfasst: eine Elektronengas-Plattformfläche; eine an der Elektronengas-Plattformfläche ausgebildete Elektrode; einen unterhalb der Elektronengas-Plattformfläche ausgebildeten Terahertz-Resonanzhohlraum, wobei an der Unterseite des Terahertz-Resonanzhohlraums ein Totalreflexionsspiegel oder ein Reflexionsspiegel mit partieller Transmission angeordnet ist; ein Gitter, wobei das Gitter an der Elektronengas-Plattformfläche angeordnet ist.
  • Die Elektronengas-Plattformfläche ist bevorzugt eine zweidimensionale Elektronengas-Plattformfläche. Die Elektrode dient zum Anregen der Plasmawelle.
  • Das Gitter ist bevorzugt ein Metallkoppelgitter.
  • Das Gitter dient zur Koppelung zwischen dem Plasmawellenmodus und der Hohlraumform des Terahertz-Resonanzhohlraums, um eine Terahertz-Wellenemission zu erzeugen.
  • Der Terahertz-Lichtquellenchip kann weiter Folgendes umfassen: eine Resonanzhohlraumplatte, die oberhalb des Gitters angeordnet ist.
  • An der oberen Oberfläche oder der unteren Oberfläche der Resonanzhohlraumplatte kann ein Reflexionsspiegel mit partieller Transmission oder ein Totalreflexionsspiegel ausgebildet sein.
  • Wenn an der Unterseite des Terahertz-Resonanzhohlraums ein Totalreflexionsspiegel angeordnet ist, ist an der oberen Oberfläche oder der unteren Oberfläche der Resonanzhohlraumplatte ein Reflexionsspiegel mit partieller Transmission ausgebildet; wenn an der Unterseite des Terahertz-Resonanzhohlraums ein Reflexionsspiegel mit partieller Transmission angeordnet ist, ist an der oberen Oberfläche oder der unteren Oberfläche der Resonanzhohlraumplatte ein Totalreflexionsspiegel ausgebildet. Der Abstand zwischen dem Reflexionsspiegel mit partieller Transmission und dem Totalreflexionsspiegel erfüllt bevorzugt die Bedingungen der stehenden Welle und ermöglicht, dass die stehende Welle an der Stelle des Elektronengases ein Wellenabdomen ausbildet.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Terahertz-Lichtquellenchip zur Verfügung gestellt, wobei der Terahertz-Lichtquellenchip umfasst: eine Elektronengas-Plattformfläche; eine an der Elektronengas-Plattformfläche ausgebildete Elektrode; einen unterhalb der Elektronengas-Plattformfläche ausgebildeten Terahertz-Resonanzhohlraum, wobei an der Unterseite des Terahertz-Resonanzhohlraums ein Totalreflexionsspiegel oder ein Reflexionsspiegel mit partieller Transmission angeordnet ist; ein Gitter, wobei das Gitter an der Elektronengas-Plattformfläche angeordnet ist. Dabei umfasst die Elektrode: eine Source-Elektrode, eine Drain-Elektrode sowie eine Gate-Elektrode, die mit der Elektronengas-Plattformfläche einen ohmschen Kontakt bilden, wobei das Gitter als die Gate-Elektrode dient oder die Gate-Elektrode separat ausgebildet ist.
  • Zwischen der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode kann eine Spannung angelegt werden, um einen Antriebsstrom des Elektronengases zwischen der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode zu erzeugen, so dass aus dem Elektronengas eine Plasmawelle angeregt wird. Bevorzugt ist die zwischen der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode angelegte Spannung verstellbar.
  • Zwischen der Gate-Elektrode und der Elektronengas-Plattformfläche besteht eine Potentialdifferenz, wobei das Potential der Gate-Elektrode niedriger als das Potential der Elektronengas-Plattformfläche ist, um einen Tunnelstrom zwischen der Gate-Elektrode und dem Elektronengas zu erzeugen, so dass aus dem Elektronengas eine Plasmawelle angeregt wird.
  • An die Gate-Elektrode ist eine negative Spannung, eine positive Spannung oder eine angelegt, bevorzugt ist eine negative Spannung angelegt. An die Gate-Elektrode ist eine Gleichspannung oder eine Wechselspannung angelegt. Der Tunnelstrom ist dadurch erzeugt, dass die Elektronen von der Gate-Elektrode zum Elektronengas tunnelt. Die zwischen der Gate-Elektrode und der Elektronengas-Plattformfläche bestehende Potentialdifferenz ist verstellbar. Die Potentialdifferenz ist kleiner als die Durchbruchspannung des Elektronengasmaterials.
  • Die Elektronengas-Plattformfläche ist bevorzugt eine zweidimensionale Elektronengas-Plattformfläche. Die Elektronengas-Plattformfläche kann aus Elektronengasmaterial ausgebildet sein.
  • Das Elektronengasmaterial kann ein oder mehrere von folgenden Materialien sein: GaN/AlGaN, InAlN/GaN, GaAs/AlGaAs, InGaAs/AlGaAs, Si/SiGe, InN, Si/SiO2, Graphen und MoS2, Diamant, einschichtiges, zweischichtiges und dreischichtiges Graphen, Si/SiO2/Al-Metall-Oxid-Halbleiter, Silizium-Nanodrähte, GaAs-Nanodrähte, InGaAs-Nanodrähte, GaN-Nanodrähte, Kohlenstoff-Nanoröhren, Zinkoxid-Nanodrähte, dotiertes Silikonmaterial, dotiertes GaAs-Material, dotiertes GaN-Material, dotiertes Germaniummterial, dotiertes InGaAs-Material, dotiertes InP-Material, dotiertes SiC-Material, dotiertes Diamantmaterial und dotiertes Zinkoxid-Material.
  • Das Elektronengasmaterial ist bevorzugt ein zweidimensionales Elektronengasmaterial und kann ein oder mehrere von folgenden Materialien sein: GaN/AlGaN, GaAs/AlGaAs, InGaAs/AlGaAs, Si/SiGe, nN, Graphen und MoS2.
  • Der Terahertz-Resonanzhohlraum kann ein flacher Resonanzhohlraum oder ein gekrümmter Resonanzhohlraum sein.
  • Der Terahertz-Resonanzhohlraum kann ein Substrat der Elektronengas-Plattformfläche sein.
  • Der Totalreflexionsspiegel und der Reflexionsspiegel mit partieller Transmission können eine der folgenden Strukturen haben: sphärische Struktur, ellipsoide Struktur, asphärische Struktur, asymmetrische Struktur.
  • Das Gitter ist bevorzugt ein Metallkoppelgitter.
  • Das Gitter dient zur Koppelung zwischen dem Plasmawellenmodus und der Hohlraumform des Terahertz-Resonanzhohlraums, um eine Terahertz-Wellenemission zu erzeugen.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Terahertz-Lichtquellenchip zur Verfügung gestellt, wobei der Terahertz-Lichtquellenchip umfasst: eine Elektronengas-Plattformfläche; eine an der Elektronengas-Plattformfläche ausgebildete Elektrode; einen unterhalb der Elektronengas-Plattformfläche ausgebildeten Terahertz-Resonanzhohlraum, wobei an der Unterseite des Terahertz-Resonanzhohlraums ein Totalreflexionsspiegel oder ein Reflexionsspiegel mit partieller Transmission angeordnet ist; ein Gitter, wobei das Gitter an der Elektronengas-Plattformfläche angeordnet ist. Dabei kann der Terahertz-Resonanzhohlraum ein Substrat der Elektronengas-Plattformfläche sein.
  • Die Dicke des Terahertz-Resonanzhohlraums ist durch die Ziels-Terahertz-Emissionsfrequenz bestimmt. Die Dicke D des Resonanzhohlraums kann wie folgt sein:
    Figure DE112014004277T5_0002
  • Dabei ist f0 die Ziels-Terahertz-Emissionsfrequenz, n ist das Terahertz-Wellenbrechungsverhältnis des Mediums im Resonanzhohlraum, c ist die Lichtgeschwindigkeit, und k ist eine ganze Zahl.
  • Die Dicke des Resonanzhohlraums ist kleiner als 1000 μm, wobei sie bevorzugt kleiner als 600 μm ist, und wobei sie weiter bevorzugt kleiner als 400 μm ist.
  • Der Gitterabstand ist kleiner als 50 μm, wobei er bevorzugt kleiner als 10 μm ist.
  • Die Gitterlänge ist kleiner als 50 μm, wobei sie bevorzugt 50 nm bis 10 μm beträgt.
  • Die Gitterperiode ist kleiner als 10 μm, wobei sie bevorzugt kleiner als 4 μm ist.
  • Der Terahertz-Resonanzhohlraum ist ein flacher Resonanzhohlraum oder ein gekrümmter Resonanzhohlraum.
  • Das Material des Terahertz-Resonanzhohlraums ist ein oder mehrere von folgenden Materialien: Saphir, Quarzkristall, einkristallines Silizium hohen Widerstandes.
  • Die Elektronengas-Plattformfläche ist bevorzugt eine zweidimensionale Elektronengas-Plattformfläche.
  • Die Elektronengas-Plattformfläche ist aus Elektronengasmaterial ausgebildet.
  • Das Elektronengasmaterial kann ein oder mehrere von folgenden Materialien sein: GaN/AlGaN, InAlN/GaN, GaAs/AlGaAs, InGaAs/AlGaAs, Si/SiGe, InN, Si/SiO2, Graphen und MoS2, Diamant, einschichtiges, zweischichtiges und dreischichtiges Graphen, Si/SiO2/Al-Metall-Oxid-Halbleiter, Silizium-Nanodrähte, GaAs-Nanodrähte, InGaAs-Nanodrähte, GaN-Nanodrähte, Kohlenstoff-Nanoröhren, Zinkoxid-Nanodrähte, dotiertes Silikonmaterial, dotiertes GaAs-Material, dotiertes GaN-Material, dotiertes Germaniummterial, dotiertes InGaAs-Material, dotiertes InP-Material, dotiertes SiC-Material, dotiertes Diamantmaterial und dotiertes Zinkoxid-Material.
  • Das Elektronengasmaterial ist bevorzugt ein zweidimensionales Elektronengasmaterial und kann ein oder mehrere von folgenden Materialien sein: GaN/AlGaN, GaAs/AlGaAs, InGaAs/AlGaAs, Si/SiGe, nN, Graphen und MoS2.
  • Dabei umfasst die Elektrode: eine Source-Elektrode, eine Drain-Elektrode sowie eine Gate-Elektrode, die mit der Elektronengas-Plattformfläche einen ohmschen Kontakt bilden, wobei das Gitter als die Gate-Elektrode dient oder die Gate-Elektrode separat ausgebildet ist.
  • Zwischen der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode kann eine Spannung angelegt werden, um einen Antriebsstrom des Elektronengases zwischen der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode zu erzeugen, so dass aus dem Elektronengas eine Plasmawelle angeregt wird. Bevorzugt ist die zwischen der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode angelegte Spannung verstellbar.
  • Zwischen der Gate-Elektrode und der Elektronengas-Plattformfläche besteht eine Potentialdifferenz, um einen Tunnelstrom zwischen der Gate-Elektrode und dem Elektronengas zu erzeugen, so dass aus dem Elektronengas eine Plasmawelle angeregt wird. Die zwischen der Gate-Elektrode und der Elektronengas-Plattformfläche bestehende Potentialdifferenz ist bevorzugt verstellbar.
  • Zwischen der Gate-Elektrode und der Elektronengas-Plattformfläche besteht eine Potentialdifferenz, wobei das Potential der Gate-Elektrode niedriger als das Potential der Elektronengas-Plattformfläche ist.
  • Der Tunnelstrom ist dadurch erzeugt, dass die Elektronen von der Gate-Elektrode zum Elektronengas tunnelt.
  • Die Potentialdifferenz ist kleiner als die Durchbruchspannung des Elektronengasmaterials.
  • Die Elektrode dient zum Anregen der Plasmawelle.
  • Der Totalreflexionsspiegel und der Reflexionsspiegel mit partieller Transmission haben eine der folgenden Strukturen: sphärische Struktur, ellipsoide Struktur, asphärische Struktur, asymmetrische Struktur.
  • Der Reflexionsspiegel ist ein Metall- oder Legierungsreflexionsspiegel, der durch ein Beschichten der Metalle oder Legierungen ausgebildet sind, wobei die Metalle oder Legierungen Gold, Silber und Aluminium, oder Ti/Au-, Ni/Au-, Cr/Au- oder NiCr/Au-Film, oder ein durch supraleitendes Dünnfilmmaterial ausgebildeter supraleitender Reflexionsspiegel, wobei der supraleitende Dünnfilm NbN, Nb oder YiBaCuO- sein kann; oder durch abwechselndes Überlappen von zwei Mediummaterialien mit verschiedenen Dielektrizitätskonstanten ausgebildeter verteilter Bragg-Reflexionsspiegel, wobei das Mediummaterial ein anorganisches dielektrisches Material oder ein organisches dielektrisches Polymermaterial sein kann, wie z.B. hochohmiges Silizium, Saphir, Quarz, Glas, Polyethylen, Polytetrafluorethylen, TPX (Polymethylpenten).
  • Der Reflexionsspiegel ist bevorzugt ein Metall- oder Legierungsreflexionsspiegel, der durch ein Beschichten der Metalle oder Legierungen ausgebildet sind, Die Metalls- oder Legierungsbeschichtung kann Gold, Silber und Aluminium, oder Ti/Au-, Ni/Au-, Cr/Au- oder NiCr/Au-Film sein.
  • Das Gitter ist bevorzugt ein Metallkoppelgitter.
  • Das Gitter dient zur Koppelung zwischen dem Plasmawellenmodus und der Hohlraumform des Terahertz-Resonanzhohlraums, um eine Terahertz-Wellenemission zu erzeugen.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird weiter ein Terahertz-Lichtquellenchip zur Verfügung gestellt, wobei der Terahertz-Lichtquellenchip umfasst: eine Elektronengas-Plattformfläche; eine an der Elektronengas-Plattformfläche ausgebildete Elektrode; einen unterhalb der Elektronengas-Plattformfläche ausgebildeten Terahertz-Resonanzhohlraum, wobei an der Unterseite des Terahertz-Resonanzhohlraums ein oder ein Reflexionsspiegel mit partieller Transmission angeordnet ist; ein Gitter, wobei das Gitter an der Elektronengas-Plattformfläche angeordnet ist; eine Resonanzhohlraumplatte, die oberhalb des Gitters angeordnet ist; sowie einen Totalreflexionsspiegel, der an der oberen Oberfläche oder der unteren Oberfläche de Resonanzhohlraumplatte ausgebildet ist.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird weiter eine Terahertz-Lichtquellenvorrichtung zur Verfügung gestellt, wobei die Terahertz-Lichtquellenvorrichtung einen Terahertz-Lichtquellenchip mit der obigen Struktur aufweist, und wobei der Terahertz-Lichtquellenchip an dem Chipsitz oder der Leiterplatte verkapselt ist.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird weiter eine Terahertz-Lichtquellenanordnung zur Verfügung gestellt, wobei die Terahertz-Lichtquellenanordnung eine Terahertz-Lichtquellenvorrichtung aufweist, und wobei die Terahertz-Lichtquellenvorrichtung in einem Wellenleiter integriert ist.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird weiter ein Herstellungsverfahren des Terahertz-Lichtquellenchips zur Verfügung gestellt, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Ausbilden der Elektronengas-Plattformfläche auf dem Substrat des Elektronengases; Ausbilden einer Elektrode und eines Gitters auf der Elektronengas-Plattformfläche zum Anregen der Plasmawelle; Generieren des Terahertz-Resonanzhohlraums auf der Grundlage des Substrats des Elektronengases, wobei der Schritt zum Generieren des Terahertz-Resonanzhohlraums umfasst: Durchführen der Verdünnungs- und Polierungsverarbeitung des Substrats an der Rückseite des Substrats des Elektronengases, um eine vorbestimmte Dicke des Resonanzhohlraums und Ebenheit der Spiegelfläche zu erhalten; sowie Ausbilden des Totalreflexionsspiegels oder des Reflexionsspiegels mit partieller Transmission an der verdünnten polierten Rückseite des Substrat des Elektronengases.
  • Die Elektronengas-Plattformfläche ist bevorzugt eine zweidimensionale Elektronengas-Plattformfläche.
  • Das Gitter ist bevorzugt ein Metallkoppelgitter.
  • Das Verfahren kann weiter Folgendes umfassen: Integrieren einer Resonanzhohlraumplatte oberhalb des Gitters, wobei an der Unterseite des Terahertz-Resonanzhohlraums ein Totalreflexionsspiegel angeordnet ist, und wobei an der oberen Oberfläche oder der unteren Oberfläche der Resonanzhohlraumplatte ein Reflexionsspiegel mit partieller Transmission ausgebildet ist, und wobei oder an der Unterseite des Terahertz-Resonanzhohlraums ein Reflexionsspiegel mit partieller Transmission angeordnet ist, und wobei an der oberen Oberfläche oder der unteren Oberfläche der Resonanzhohlraumplatte ein Totalreflexionsspiegel ausgebildet ist.
  • Der Abstand zwischen dem Reflexionsspiegel mit partieller Transmission und dem Totalreflexionsspiegel erfüllt bevorzugt die Bedingungen der stehenden Welle und ermöglicht, dass die stehende Welle an der Stelle des Elektronengases ein Wellenabdomen ausbildet.
  • Gemäß einem anderen Aspekt wird weiter ein Verfahren zum Ausbilden des Terahertz-Lichtquellenchips ausgebildet, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Übertragen des Elektronengasmaterials an die obere Oberfläche des Terahertz-Resonanzhohlraums, und wobei die untere Oberfläche des Terahertz-Resonanzhohlraums einen Totalreflexionsspiegel oder einen Reflexionsspiegel mit partieller Transmission aufweist; Ausbilden einer Elektronengas-Plattformfläche an der oberen Oberfläche des Terahertz-Resonanzhohlraums; sowie Ausbilden einer Elektrode und eines Gitters zum Anregen der Plasmawelle auf der Elektronengas-Plattformfläche.
  • Das Elektronengasmaterial ist bevorzugt ein zweidimensionales Elektronengasmaterial.
  • Die Elektronengas-Plattformfläche ist bevorzugt eine zweidimensionale Elektronengas-Plattformfläche.
  • Das Gitter ist bevorzugt ein Metallkoppelgitter.
  • Das Verfahren kann weiter Folgendes umfassen: Integrieren einer Resonanzhohlraumplatte oberhalb des Metallkoppelgitters, wobei an der Unterseite des Terahertz-Resonanzhohlraums ein Totalreflexionsspiegel angeordnet ist, und wobei an der oberen Oberfläche oder der unteren Oberfläche der Resonanzhohlraumplatte ein Reflexionsspiegel mit partieller Transmission ausgebildet ist, und wobei oder an der Unterseite des Terahertz-Resonanzhohlraums ein Reflexionsspiegel mit partieller Transmission angeordnet ist, und wobei an der oberen Oberfläche oder der unteren Oberfläche der Resonanzhohlraumplatte ein Totalreflexionsspiegel ausgebildet ist.
  • Der Abstand zwischen dem Reflexionsspiegel mit partieller Transmission und dem Totalreflexionsspiegel erfüllt bevorzugt die Bedingungen der stehenden Welle und ermöglicht, dass die stehende Welle an der Stelle des Elektronengases ein Wellenabdomen ausbildet.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung Abgasreinigungseinheit wird weiter ein Herstellungsverfahren des Terahertz-Lichtquellenchips zur Verfügung gestellt, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Ausbilden der Elektronengas-Plattformfläche auf dem Substrat des Elektronengases; Ausbilden einer Elektrode und eines Gitters auf der Elektronengas-Plattformfläche zum Anregen der Plasmawelle; Generieren des Terahertz-Resonanzhohlraums auf der Grundlage des Substrats des Elektronengases, wobei der Schritt zum Generieren des Terahertz-Resonanzhohlraums umfasst: Durchführen der Verdünnungs- und Polierungsverarbeitung des Substrats an der Rückseite des Substrats des Elektronengases, um eine vorbestimmte Dicke des Resonanzhohlraums und Ebenheit der Spiegelfläche zu erhalten;
    Ausbilden des Reflexionsspiegels mit partieller Transmission an der verdünnten polierten Rückseite des Substrat des Elektronengases; sowie Integrieren einer Resonanzhohlraumplatte oberhalb des Metallkoppelgitters, wobei an der oberen Oberfläche oder der unteren Oberfläche der Resonanzhohlraumplatte ein Totalreflexionsspiegel ausgebildet ist.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt die vorliegende Erfindung weiter ein Verfahren zum Herstellen der Terahertz-Lichtquellenvorrichtung zur Verfügung, wobei das Verfahren umfasst: Verkapseln des hergestellten Terahertz-Lichtquellenchips an einem Chipsitz oder einer Leiterplatte, um eine Terahertz-Lichtquellenvorrichtung auszubilden.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt die vorliegende Erfindung weiter ein Verfahren zum Ausbilden der Terahertz-Lichtquellenanordnung, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Integrieren der Terahertz-Lichtquellenvorrichtung und des Terahertz-Wellenleiters, um eine Terahertz-Lichtquellenanordnung auszubilden.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt die vorliegende Erfindung weiter ein Plasmonanregungsverfahren, wobei bei der Plasmonanregung die Tunnelelektronen ins Elektronengas eingegossen werden.
  • Das Elektronengas ist bevorzugt ein zweidimensionales Elektronengas.
  • Beim Plasmonanregungsverfahren werden die Tunnelelektronen über eine zwischen der Elektrode und dem Elektronengaskanal angelegte Potentialdifferenz eingegossen.
  • Die Potentialdifferenz ist dadurch ausgebildet, dass das Potential an der Elektrode niedriger als das Potential im Elektronengaskanal ist.
  • Die Potentialdifferenz ist dadurch ausgebildet, dass eine negative Spannung, eine positive Spannung oder eine Null-Spannung an die Elektrode angelegt ist, wobei bevorzugt eine negative Spannung an die Elektrode angelegt ist.
  • Die Potentialdifferenz ist dadurch ausgebildet, dass eine Gleichspannung oder eine Wechselspannung an die Elektrode angelegt ist.
  • Die Elektrode ist eine Gate-Elektrode.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt die vorliegende Erfindung weiter eine Plasmonanregungsvorrichtung zur Verfügung, wobei die Plasmonanregungsvorrichtung umfasst: eine Elektrode; einen Elektronengaskanal; sowie eine Sperrschicht zwischen der Elektrode und dem Elektronengaskanal. Zwischen der Elektrode und dem Elektronengaskanal besteht eine Potentialdifferenz, wobei das Potential der Elektrode niedriger als das Potential des Elektronengaskanals ist.
  • Die Potentialdifferenz ist kleiner als die Durchbruchspannung der Sperrschicht.
  • Die Sperrschicht ist ein Halbleitermaterial oder eine Vakuumschicht oder ein Quantentopfmaterial.
  • Die Potentialdifferenz ist dadurch ausgebildet, dass eine negative Spannung, eine positive Spannung oder eine Null-Spannung an die Elektrode angelegt ist. Die Potentialdifferenz ist dadurch ausgebildet, dass eine negative Spannung an die Elektrode angelegt ist.
  • Die Potentialdifferenz ist dadurch ausgebildet, dass eine Gleichspannung oder eine Wechselspannung an die Elektrode angelegt ist.
  • Die Elektrode ist eine Gate-Elektrode.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt die vorliegende Erfindung weiter eine Terahertz-Starkkoppelungsvorrichtung zur Verfügung, wobei die Terahertz-Starkkoppelungsvorrichtung umfasst: ein Gitter und einen Terahertz-Resonanzhohlraum, wobei das Gitter sich oberhalb des Terahertz-Resonanzhohlraums befindet.
  • Das Gitter ist bevorzugt ein Metallkoppelgitter.
  • Die Dicke des Terahertz-Resonanzhohlraums ist durch die Ziels-Terahertz-Emissionsfrequenz bestimmt. Die Dicke D des Resonanzhohlraums kann wie folgt sein:
    Figure DE112014004277T5_0003
  • Dabei ist f0 die Ziels-Terahertz-Emissionsfrequenz, n ist das Terahertz-Wellenbrechungsverhältnis des Mediums im Resonanzhohlraum, c ist die Lichtgeschwindigkeit, und k ist eine ganze Zahl.
  • Die Dicke des Resonanzhohlraums ist kleiner als 1000 μm, wobei sie bevorzugt kleiner als 600 μm ist, und wobei sie weiter bevorzugt kleiner als 400 μm ist.
  • Der Gitterabstand ist kleiner als 50 μm, wobei er bevorzugt kleiner als 10 μm ist.
  • Die Gitterlänge ist kleiner als 50 μm, wobei sie bevorzugt 50 nm bis 10 μm beträgt.
  • Die Gitterperiode ist kleiner als 10 μm, wobei sie bevorzugt kleiner als 4 μm ist.
  • Der Terahertz-Resonanzhohlraum ist ein flacher Resonanzhohlraum oder ein gekrümmter Resonanzhohlraum.
  • Das Material des Terahertz-Resonanzhohlraums ist ein oder mehrere von folgenden Materialien: Saphir, Quarzkristall, einkristallines Silizium hohen Widerstandes.
  • An der Unterseite des Terahertz-Resonanzhohlraums ist ein Totalreflexionsspiegel oder ein Reflexionsspiegel mit partieller Transmission angeordnet.
  • Die Terahertz-Starkkoppelungsvorrichtung umfasst weiter eine Resonanzhohlraumplatte, die oberhalb des Gitters angeordnet ist, wobei die Resonanzhohlraumplatte und der Terahertz-Resonanzhohlraum sich jeweils an den beiden Seiten des Gitters befinden. Dabei ist an der Unterseite des Terahertz-Resonanzhohlraums ein Totalreflexionsspiegel angeordnet, wobei an der oberen Oberfläche oder der unteren Oberfläche der Resonanzhohlraumplatte ein Reflexionsspiegel mit partieller Transmission ausgebildet ist; oder an der Unterseite des Terahertz-Resonanzhohlraums ist ein Reflexionsspiegel mit partieller Transmission angeordnet, wobei an der oberen Oberfläche oder der unteren Oberfläche der Resonanzhohlraumplatte ein Totalreflexionsspiegel ausgebildet ist.
  • Der Abstand zwischen dem Reflexionsspiegel mit partieller Transmission und dem Totalreflexionsspiegel erfüllt die Bedingungen der stehenden Welle und ermöglicht, dass die stehende Welle an der Stelle des Elektronengases ein Wellenabdomen ausbildet.
  • Der Totalreflexionsspiegel und der Reflexionsspiegel mit partieller Transmission haben eine der folgenden Strukturen: sphärische Struktur, ellipsoide Struktur, asphärische Struktur, asymmetrische Struktur.
  • Der Reflexionsspiegel ist ein Metall- oder Legierungsreflexionsspiegel, der durch ein Beschichten der Metalle oder Legierungen ausgebildet sind, wobei die Metalle oder Legierungen Gold, Silber und Aluminium, oder Ti/Au-, Ni/Au-, Cr/Au- oder NiCr/Au-Film, oder ein durch supraleitendes Dünnfilmmaterial ausgebildeter supraleitender Reflexionsspiegel, wobei der supraleitende Dünnfilm NbN, Nb oder YiBaCuO- sein kann; oder durch abwechselndes Überlappen von zwei Mediummaterialien mit verschiedenen Dielektrizitätskonstanten ausgebildeter verteilter Bragg-Reflexionsspiegel, wobei das Mediummaterial ein anorganisches dielektrisches Material oder ein organisches dielektrisches Polymermaterial sein kann, wie z.B. hochohmiges Silizium, Saphir, Quarz, Glas, Polyethylen, Polytetrafluorethylen, TPX (Polymethylpenten).
  • Der Reflexionsspiegel ist bevorzugt ein Metall- oder Legierungsreflexionsspiegel, der durch ein Beschichten der Metalle oder Legierungen ausgebildet sind,
    Die Metalls- oder Legierungsbeschichtung kann Gold, Silber und Aluminium, oder Ti/Au-, Ni/Au-, Cr/Au- oder NiCr/Au-Film sein.
  • Bei der vorliegenden Erfindung wird ein Plasmonpolaritonsmodus (plasmon polariton) über eine starke Koppelung zwischen dem Terahertz-Wellenmodus im Terahertz-Resonanzhohlraum und dem Plasmawellenmodus im Elektronengas unter dem Gitter erzeugt, dabei kann eine Terahertz-Wellenemission unter der Verwendung der elektrischen Anregung der Plasmonpolariton erzeugt werden, um zu vermeiden, dass die mittels der hochfrequenten Schwingungen eines einzelnen Elektrons oder des Quantenübergangs eines einzelnen Elektrons erzeugte Emission ein Problem mit einer niedrigen Frequenz oder niedrigen Betriebstemperatur hat, um den Sendefrequenzbereich und den Betriebstemperaturbereich zu erweitern.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung des Grundprinzips der Terahertz-Lichtquelle in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2 zeigt eine Dispersionsrelation der Plasmawellen und ein Dispersionsrelationsdiagramm des Terahertz-Resonanzhohlraums.
  • 3A zeigt eine strukturelle Draufsicht der Terahertz-Lichtquelle in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 3B zeigt eine Schnittansicht der Terahertz-Lichtquellenvorrichtung gemäß
  • 3A und eine schematische Darstellung des Stromantreibens.
  • 4 zeigt ein vereinfachtes Ablaufdiagramm der Herstellung der Terahertz-Lichtquellenvorrichtung in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 5 zeigt ein Prozessablaufbeispiel der Herstellung der Terahertz-Lichtquellenanordnung in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 6 zeigt eine Schnittansicht der Terahertz-Lichtquellenvorrichtung in einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 7 zeigt eine Plasmawelle und eine Terahertz-Resonanzhohlraumform, die unter der Koppelung zwischen dem Gitter und dem Resonanzhohlraum in der Terahertz-Lichtquelle erzeugt sind.
  • 8 zeigt ein durch die Gate-Spannung und die Source-Drain-Spannung gesteuertes Emissionsspektrum.
  • 9 zeigt ein vereinfachtes Ablaufdiagramm der Herstellung der Terahertz-Lichtquellenvorrichtung in einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 10 zeigt ein Prozessablaufbeispiel der Herstellung der Terahertz-Lichtquellenanordnung in einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 11 zeigt eine schematische Darstellung des Terahertz-Lichtquellenchips nach dem Integrieren mit einer Wellenleitervorrichtung.
  • 12 zeigt eine schematische Schnittsansicht der mit einer Einstellvorrichtung der Resonanzhohlraumlänge versehenen Terahertz-Lichtquellenvorrichtung in einer Ausführungsform.
  • 13 zeigt eine schematische Schnittsansicht der mit einer Einstellvorrichtung der Resonanzhohlraumlänge versehenen Terahertz-Lichtquellenvorrichtung in einer anderen Ausführungsform.
  • 14 zeigt die durch verschiedene Dicke des Terahertz-Resonanzhohlraums erzeugten verschiedenen Emissionsauswirkungen der Terahertz-Lichtquellenvorrichtung in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Figur A zeigt ein Emissionsspektrum der Lichtquellenvorrichtung mit einer Resonanzhohlraumdicke von 212 μm, Figur B zeigt ein Emissionsspektrum der Lichtquellenvorrichtung mit einer Resonanzhohlraumdicke von 609 μm. Je kleiner die Länge des Resonanzhohlraums ist, desto stärker ist die Kopplungsstärke, desto deutlicher sind die Plasmonpolaritonsmerkmale im Emissionsspektrum.
  • 15 zeigt durch verschiedene Dicken des Resonanzhohlraums und verschiedene Längen, Perioden und Intervalle des Gitters ausgebildete verschiedene Terahertz-Emissionsauswirkungen. In Figur A beträgt die Dicke des Resonanzhohlraums 200 μm, die Gitterperiode 4 μm, die Gitterlänge 2 μm und das Gitterintervall 2 μm. In Figur B beträgt die Dicke des Resonanzhohlraums 70 μm, die Gitterperiode 6 μm, die Gitterlänge 2 μm und das Gitterintervall 4 μm. Je größer die Dicke des Resonanzhohlraums ist, desto kleiner ist der Emissionslinienabstand; je kleiner die Gitterlänge ist, desto höher ist die Frequenz des Plasmons; je kleiner das Gitterintervall ist, desto stärker ist die Kopplung, desto deutlicher sind die Plasmonpolaritonsmerkmale im Emissionsspektrum.
  • 16 zeigt ein Emissionsspektrum der Lichtquellenvorrichtung unter einer negativen Gate-Spannung und einer positiven Gate-Spannung. Die negative Gate-Spannung hat eine stärkere Modulierungsfähigkeit für das Emissionsspektrum, wobei die positive Gate-Spannung eine schwächere Modulierungsfähigkeit für das Spektrum hat.
  • 17 zeigt ein Diagramm, dass die Emissionsleistung und der Gate-Elektrode-Strom der Vorrichtung sich mit der Gate-Elektrode-Spannung ändern. Wenn die Gate-Elektrode-Spannung negativ ist, besteht eine hohe Umwandlungseffizienz. Wenn die Gate-Elektrode-Spannung positiv ist, besteht eine niedrige Umwandlungseffizienz.
  • 18 zeigt ein Vergleichsdiagramm zwischen der Source-Drain-Stromanregungseffizienz und der Gate-Elektrode-Stromanregungseffizienz. Die Anregungseffizienz des Gate-Elektrode-Stroms ist viel höher als die Anregungseffizienz des Source-Drain-Stroms.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • In der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Terahertz-Lichtquelle dadurch realisiert, dass ein Plasmonpolaritonsmodus über die durch die Terahertz-Kopplung des Gitters durchgeführt starke Kopplung zwischen dem Plasmawellenmodus und der Terahertz-Resonanzhohlraumform ausgebildet ist.
  • Insbesondere wird die Plasmawelle im Elektronengas über den an eine oder mehrere Elektroden des Terahertz-Lichtquellenchips angelegten Gleich- oder Wechselstrom angeregt, wobei das Gitter eine starke Kopplung zwischen dem Plasmawellenmodus und dem Terahertz-Wellenmodus im Resonanzhohlraum durchführt, um einen Plasmonpolaritonsmodus auszubilden, nämlich einen neuen Zustand, der gleichzeitig über die Merkmale der Plasmawelle und der elektromagnetischen Terahertz-Welle verfügt. Dadurch wird die Gesamteffizienz der Umwandlung von der Plasmawelle in die Terahertz-Radiation verbessert. D.h., bei der vorliegenden Erfindung wird eine Plasmawelle über ein Eingießen des Gleich- oder Wechselstroms ins Elektronengas angeregt, da das Gitter und der Terahertz-Resonanzhohlraum eine starke Kopplung zwischen dem Plasmawellenmodus und der Terahertz-Resonanzhohlraumform durchführen, um einen Plasmonpolaritonsmodus auszubilden, so dass eine Emission der Terahertz-Welle erzeugt wird. Der Begriff, dass ein Plasmonpolariton über eine starke Kopplung zwischen dem Plasmawellenmodus und der Terahertz-Resonanzhohlraumform unter dem Gitter erzeugt wird, wurde nie im Stand der Technik der Terahertz-Lichtquelle offenbart.
  • Beim Verfahren der vorliegenden Erfindung werden zuerst hochenergetische Elektronen ins Elektronengas eingegossen, so dass die Plasmonen angeregt werden, nämlich werden Tunnelelektronen von der Elektrode in den Kanal eingegossen, während des Prozesses der Entspannung der Elektronen von hochenergetischem Zustand zum niederenergetischen Zustand werden die Plasmonen angeregt, dabei hängt der Prozess im Wesentlichen nicht von der Tunneldurchgangszeit ab. Das Verfahren ist geeignet für das zweidimensionale Elektronengas und auch geeignet für das dreidimensionale Elektronengas oder das eindimensionale Elektronengas. Die Anregung der Plasmonen wird durch die Störung des Elektronsystems im Kanal realisiert und hängt nicht von der Dimension des Elektronengases ab. Das vorliegende Verfahren hat wesentliche Unterschiede zu anderen Verfahren, bei denen über den Gate-Elektrode-Tunnelstrom die Plasmonen angeregt sind. Das in der Literatur (V. Ryzhii, M. Shur, Analysis of tunneling-injection transit-time effects and self-excitation of terahertz plasma oscillations in high-electron-mobility transistors, Jpn. J. Appl. Phys. 41, 922–924 (2002)) beschriebene Verfahren hängt von den Wechselwirkungen der Elektronen während des Übergangsprozesses durch die Gate-Elektrode-Sperrschicht mit den Plasmonen, deshalb soll die positive Spannung der Gate-Elektrode bestimmte Schwellenwert-Bedingungen erfüllt, um eine Anregung der Plasmawelle auszubilden. Die Anregung der Plasmonen mit diesem Verfahren hat keine Schwellenwerts-Spannungsmerkmale. Insbesondere kann das vorliegende Verfahren die Plasmonen wirksamer anregen, wenn die Gate-Elektrode-Spannung negativ ist.
  • In der vorliegenden Erfindung werden Elektronen über die Potentialdifferenz zwischen der Elektrode und dem Elektronengas eingegossen, wobei die Potentialdifferenz bedeutet, dass das Potential an der Elektrode niedriger als das Potential des Elektronengases ist, so dass die Elektronen von der Elektrode ins Elektronengas eingegossen werden können. Wie z.B. Erden des Elektronengases, Anlegen einer negativen Spannung an die Elektrode. An die Elektrode können eine positive Spannung, eine negative Spannung und eine Null-Spannung angelegt werden. Die Potentialdifferenz ist kleiner als die Durchbruchspannung der Sperrschicht. Die Spannung an der Elektrode kann eine Gleichspannung oder eine Wechselspannung sein. Die Elektrode kann eine Gate-Elektrode sein.
  • Die Plasmawelle bezieht sich auf die Konzentrationsschwankung, die durch eine Aggregation der Ladungen gleicher Polarität unter einem Hintergrund der Ladungen entgegengesetzter Polarität erzeugt wird, und verfügt über die Eigenschaften der Welle, die Plasmawelle ist ein kollektiver Erregungsmodus der Ladungen. Die Konzentrationsschwankung der Ladungen vom bestimmten Modus, nämlich die Plasmawelle vom bestimmten Modus, wird zum Plasmon (plasmon). Durch eine Anregung des Elektronengases im Festkörper werden die Plasmawellen oder Plasmon erzeugt. Unter den Umständen des Körpermaterials werden sie zu dreidimensionaler Plasmawelle oder dreidimensionalem Plasmon. Im zweidimensionalen Elektronengas werden sie zu zweidimensionaler Plasmawelle oder zweidimensionalem Plasmon.
  • Das Elektronengas ist ein negativ geladenes System freier Elektronen, das durch über Ionisieren, Dotieren oder Polarisieren eines festen Materials erzeugt wird. Da in diesem System die Elektronen sich frei bewegen können und den gesamten zulässigen physikalischen Raum der Außenumgebung füllen und die Bewegung der Elektronen ähnlich wie die Gasmoleküle ist, wird das Elektronsystem als Elektronengas bezeichnet (wenn das Elektronengas eine höhere Konzentration und die Wechselwirkung zwischen den Elektronen sich verstärkt, wird es auch als Elektronenflüssigkeit bezeichnet). Das Elektronengas kann ein eindimensionales Elektronengas oder ein zweidimensionales Elektronengas oder ein dreidimensionales Elektronengas sein.
  • Das eindimensionale Elektronengas (one-dimensional electron gas, 1DEG) bezieht sich auf ein Elektronsystem, das sich nur in einer Dimension frei bewegen kann. Das Material des eindimensionalen Elektronengases ist Silizium-Nanodrähte, GaAs-Nanodrähte, InGaAs-Nanodrähte, GaN-Nanodrähte, Kohlenstoff-Nanoröhren, Zinkoxid-Nanodrähte.
  • Das zweidimensionale Elektronengas (two-dimensional electron gas, 2DEG) bezieht sich auf ein Elektronsystem, das in einer bestimmten Dimension sich beschränkt bewegen und in anderen zwei Dimensionen sich frei bewegen kann. Das Elektronengas kann eine an der Oberfläche des schmalen Bandlückenhalbleiters des heterogenen Interfaces eines Halbleiters ausgebildete quasi-zweidimensionale Elektronenschicht, wie z.B. zweidimensionales Elektronengas der GaAs-Oberfläche am AlGaAs/GaAs-Heterogen-Interface, zweidimensionales Elektronengas der GaN-Oberfläche am AlGaN/GaN-Heterogen-Interface, zweidimensionales Elektronengas der Si-Oberfläche am Si/SiGe-Heterogen-Interface. Das Material des zweidimensionalen Elektronengases ist ein Heteroübergangsmaterial, wie GaN/AlGaN, InAlN/GaN, GaAs/AlGaAs, InGaAs/AlGaAs, Si/SiGe, Si/SiO2, oder ein Material mit einer spontan polarisierten Oberfläche, wie InN, Diamant, oder ein zweidimensionales kristallines Material, wie einschichtiges, zweischichtiges und dreischichtiges Graphen und MoS2, oder Metall-Oxid-Halbleiter, der eine Ladungsansammlung oder einen Ladungsumkehr erzeugen kann, so dass ein zweidimensionales Elektronengas erzeugt wird, wie Si/SiO2/Al-Metall-Oxid-Halbleiter.
  • Das dreidimensionale Elektronengas bedeutet, dass die Elektronen im Elektronengas sich in drei Dimensionen frei bewegen können, das Material des dreidimensionalen Elektronengases ist Körpermaterial, wie dotiertes Körperhalbleitermaterial, insbesondere dotiertes Silikonmaterial, dotiertes GaAs-Material, dotiertes GaN-Material, dotiertes Germaniummterial, dotiertes InGaAs-Material, dotiertes InP-Material, dotiertes SiC-Material, dotiertes Diamantmaterial und dotiertes Zinkoxid-Material.
  • Die Elektronengas-Plattformfläche ist ein Material mit einer einschichtigen oder mehrschichtigen Struktur, das sich auf dem Substrat befindet und das Elektronengasmaterial und eine Sperrschicht umfasst. Die eindimensionale Elektronengas-Plattformfläche ist ein Nanodraht-Material, das sich auf dem Substrat befindet und mit einer Sperrschicht gehüllt oder abgedeckt ist oder mit einem Doppelsperrmaterial abgedeckt ist oder mit einem Quantentopfmaterial abgedeckt ist.
  • Die zweidimensionale Elektronengas-Plattformfläche ist ein Material des zweidimensionalen Elektronengases, das sich auf dem Substrat befindet und mit einer Sperrschicht gehüllt oder abgedeckt ist oder mit einem Doppelsperrmaterial abgedeckt ist oder mit einem Quantentopfmaterial abgedeckt ist. Die dreidimensionale Elektronengas-Plattformfläche ist ein Halbleitermaterial, das sich auf dem Substrat befindet und mit einer Sperrschicht abgedeckt oder gehüllt ist oder eine Fläche oder mehrere Flächen aufweist, die durch verschiedene Arten von freien Ladungen abgedeckt ist (sind), oder ein Körpermaterial, das mit einem Doppelsperrmaterial abgedeckt oder mit einem Quantentopfmaterial abgedeckt ist.
  • Die drei Plattformflächen verfügen über eine gemeinsame Eigenschaft, dass ihr ein Elektronengas zum Erzeugen der Plasmawelle eine Sperrschicht zum Eingießen der Tunnelelektronen bereitstellt.
  • Die Tunnelelektronen beziehen sich auf die Elektronen, die mittels des Tunneleffekts einen Transfer oder einen Transport realisieren. Aufgrund der Beweglichkeit der Elektronen können die Elektronen mit bestimmter Wahrscheinlichkeit durch den Sperrbereich gehen, dessen Potential höher als die eigene Energie der Elektronen ist, dabei wird der Effekt der Quantenmechanik als Elektronentunneleffekt bezeichnet. Je höher die Elektronenenergie ist, je niedriger die Barriere ist und je dünner die Sperrschicht ist, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit des Tunnels.
  • Die Sperrschicht bezieht sich auf das Elektronmaterial, dessen Ladungszustand im Vergleich zum benachbarten Elektronmaterial einen höheren Energienzustand hat, wobei die Ladungen im benachbarten Elektronmaterial ausreichende Energie erhalten soll, um in diesen Materialsbereich einzutreten, oder die Ladungen in diesem Bereich können über die Freisetzung der Energie (Entspannung) spontan in den niederenergetischen Zustand im benachbarten Elektronmaterial gehen. In der Regel ist die Sperrschicht aus einem Halbleitermaterial breiter Bandlücke ausgebildet, wie Gate-Elektrode-Isolierschicht von Transistoren mit hoher Elektronenbeweglichkeit (HEMT), Gate-Elektrode-Oxidschicht von Silizium-MOSFET, Interface vom Heteroübergangshalbleiter, Materialschicht breiter Bandlücke im Halbleiterübergitter.
  • Am Interface zwischen dem Halbleitermaterial und dem Vakuum besteht auch eine Sperrschicht. Die Sperrschicht kann weiter auch ein Quantentopfmaterial sein.
  • Der Elektronengaskanal bezieht sich auf das Elektronengasmaterial in der Elektronengas-Plattformfläche zur Aufnahme der freien Elektronen und der Plasmawelle und ist auch ein Durchgang des Fließens der Elektronen.
  • Die Stehwellenbedingung bezieht sich auf die spezifischen räumlichen Abmessungen und ihre Randbedingungen zum Ausbilden einer elektromagnetischen Feldstärkeverteilung, die nicht mit dem Laufe der Zeit ändert. Wenn die Stehwellenbedingung erfüllt wird, ändern sich das Wellenabdomen und die Wellenknotenposition der elektromagnetischen Feldsschwingungen bestimmter Frequenz nicht mit dem Laufe der Zeit, wobei die Feldstärkeverteilung an der Grenze des räumlichen Bereichs sich auch nicht mit dem Laufe der Zeit ändert. In der Regel bildet die Abmessung einer bestimmten Dimension des räumlichen Bereichs ein ganzzahliges Vielfachen der halben Wellenlänge oder eines Viertels der Wellenlänge der elektromagnetischen Welle in diesem Raum. Deshalb kann die Stehwellenbedingung durch die Beschränkungen der räumlichen Abmessungen und Randbedingungen realisiert werden, wie z.B. bestimmt die Dicke des Fabry-Perot-Resonanzhohlraums die niedrigste Resonanzhohlraumfrequenz. Wenn die Oberfläche des Resonanzhohlraums mit einem Metall beschichtet ist, ist die Oberfläche ein Wellenknoten. Wenn die Oberfläche des Resonanzhohlraums nicht mit einem Metall beschichtet ist, ist die Oberfläche ein Wellenabdomen.
  • Der Proximity-Effekt bezieht sich auf ein in einem benachbarten Bereich der Metall-oder Dielektrikumstruktur (in der Regel innerhalb des Wellenlängenbereichs) erzeugtes Feldstärke-Verstärkungsphänomen des elektromagnetischen Feldes.
  • Der Reflexionsspiegel kann entweder ein Metall- oder Legierungsreflexionsspiegel sein, der durch ein Beschichten der Metalle ausgebildet sind, wobei die Metalle Gold, Silber und Aluminium, oder Ti/Au-, Ni/Au-, Cr/Au- oder NiCr/Au-Film; oder ein durch supraleitendes Dünnfilmmaterial ausgebildeter supraleitender Reflexionsspiegel, wobei der supraleitende Dünnfilm NbN, Nb oder YiBaCuO- sein kann; oder ein durch abwechselndes Überlappen von zwei Mediummaterialien mit verschiedenen Dielektrizitätskonstanten ausgebildeter verteilter Bragg-Reflexionsspiegel, wobei das Mediummaterial ein anorganisches dielektrisches Material oder ein organisches dielektrisches Polymermaterial sein kann, wie z.B. hochohmiges Silizium, Saphir, Quarz, Glas, Polyethylen, Polytetrafluorethylen, TPX (Polymethylpenten).
  • Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit folgenden beispielhaften Ausführungsformen erläutert.
  • Erste Ausführungsformen
  • Die vorliegende Ausführungsform stellt einen Terahertz-Lichtquellenchip (in der vorliegenden Ausführungsform auch als erster Terahertz-Lichtquellenchip bezeichnet), eine entsprechende Lichtquellenvorrichtung und Anordnung sowie ihr Herstellungsverfahren zur Verfügung. 1 zeigt eine schematische Darstellung des Grundprinzips des Terahertz-Lichtquellenchips in der vorliegenden Ausführungsform. 2 zeigt eine Dispersionsrelation der Plasmawellen und ein Dispersionsrelationsdiagramm des Terahertz-Resonanzhohlraums. 3A zeigt eine strukturelle Draufsicht der Terahertz-Lichtquelle in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3B zeigt eine Schnittansicht der Terahertz-Lichtquellenvorrichtung gemäß 3A und eine schematische Darstellung des Stromantreibens.
  • Wie in 1 dargestellt, umfasst der Terahertz-Lichtquellenchip: eine zweidimensionale Elektronengas-Plattformfläche 1; eine an der Elektronengas-Plattformfläche 1 ausgebildete Elektrode (nicht dargestellt) zum Anregen der Plasmawelle 6; einen Terahertz-Resonanzhohlraum 3, der unterhalb der Elektronengas-Plattformfläche 1 ausgebildet ist, wobei an der Unterseite des Terahertz-Resonanzhohlraums ein Totalreflexionsspiegel 4 angeordnet ist; sowie ein Metallkoppelgitter 2, das an der Oberfläche der Elektronengas-Plattformfläche 1 ausgebildet ist und zur Kopplung zwischen der Terahertz-Resonanzhohlraumform und dem zweidimensionalen Elektronengas sowie seinem Plasmawellenmodus dient, um eine Terahertz-Wellenemission auszubilden.
  • Der Terahertz-Wellenresonanzhohlraum kann einen höheren Qualitätsfaktor haben, der in der Regel höher und viel höher als 10 sein und kann über 100 erreichen, wie z.B. 10000, sogar höher. Die Plasmawelle hat einen niedrigeren Qualitätsfaktor, der etwa 10 bis 100 beträgt. Deshalb kann die durch die starke Kopplung zwischen dem Terahertz-Wellenmodus und dem Plasmawellenmodus ausgebildete Plasmonpolariton den Qualitätsfaktor der Plasmawelle erhöhen und ihren Verlust reduzieren, das ist eine der Kerntechniken zum Realisieren einer hocheffizienten Terahertz-Lichtquellenvorrichtung.
  • Wie in 1 dargestellt, dient in der vorliegenden Erfindung die Plasmawelle im zweidimensionalen Elektronengas 5 hoher Elektronenbeweglichkeit als Arbeitsmedium. Über ein Antreiben des zweidimensionalen Elektronengases 5 in der zweidimensionalen Elektronengas-Plattformfläche 1 mittels des Stroms kann die Plasmawelle 6 mit einem bestimmten Modus angeregt werden. Bevorzugt kann über das Metallgitter eine wirksame Kopplung zwischen der Plasmawelle und der elektromagnetischen Terahertz-Welle realisiert werden (am Rand des Metallgitters besteht ein verstärktes elektrisches Terahertz-Feld), dann wird eine starke Kopplung zwischen der Terahertz-Wellenhohlraumform und dem Plasmawellenmodus über den Terahertz-Wellenresonanzhohlraum mit einer beschränkten Abmessung realisiert, um eine Plasmonpolariton auszubilden, so dass eine hocheffiziente Umwandlung von der Plasmawelle in die Terahertz-Radiation erhalten wird. Dabei soll das Modenvolumen des Resonanzhohlraums möglichst klein sein, so dass eine bessere Kopplungseffizienz zwischen der Terahertz-Welle und der Plasmawelle realisiert werden kann, um die Effizienz der durch die Plasmawelle durchgeführten Emission der Terahertz-Welle zu verbessern. Die Ziels-Terahertz-Emissionsfrequenz wird als f0 angenommen, dann kann die Dicke D des Resonanzhohlraums wie folgt sein:
    Figure DE112014004277T5_0004
  • Dabei ist n das Terahertz-Wellenbrechungsverhältnis des Mediums im Resonanzhohlraum, c ist die Lichtgeschwindigkeit, und k ist eine ganze Zahl. Die minimale Resonanzhohlraumdicke ist Dmin = c/4nf0. Es wird hauptsächlich durch die Prozessschwierigkeit entschieden, ob ein minimales Resonanzhohlraumvolumen verwendet wird. Die bestehenden Versuchsergebnisse haben schon diese Beziehung bewiesen.
  • In der vorliegenden Ausführungsform kann die Elektrode zum Anregen der Plasmawelle sowohl eine Source-Elektrode und eine Drain-Elektrode, die auf der zweidimensionalen Elektronengas-Plattformfläche 1 ausgebildet sind und mit der zweidimensionalen Elektronengas-Plattformfläche einen ohmschen Kontakt bilden, als auch mindestens eine von der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode und eine Gate-Elektrode sein, wobei die Gate-Elektrode das Metallkoppelgitter oder eine separate Gate-Elektrode zum Metallkoppelgitter (die separate Gate-Elektrode ist nicht mit dem Gitter verbunden) sein kann. 3A zeigt ein Beispiel, in dem ein Metallkoppelgitter als Gate-Elektrode dient (jetzt entspricht das Koppelgitter mehreren Gate-Elektroden), dabei befindet sich das Metallkoppelgitter zwischen der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode.
  • Z.B. kann über ein Verfahren unter den folgenden zwei Verfahren die Plasmawelle aus dem zweidimensionalen Elektronengas angeregt werden, nämlich wird die elektrische Energie in die Energie der Plasmawelle im zweidimensionalen Elektronengas umgewandelt.
    • (1) Antriebsstrom zwischen der Gate-Elektrode G und dem zweidimensionalen Elektronengas, nämlich der Strom zwischen der Gate-Elektrode G und dem Source-Elektrode S und/oder der Strom zwischen der Gate-Elektrode G und der Drain-Elektrode D, kann die Plasmawelle anregen. Über die Förderung der Elektronen zwischen der Gate-Elektrode und dem zweidimensionalen Elektronengas wird die elektrische Energie in die Plasmawellenenergie im zweidimensionalen Elektronengas umgewandelt. Die extern angelegte Gate-Elektrode-Gleichspannung und das elektrische Terahertz-Feld modulieren gemeinsam den Tunnelstrom zwischen der Gate-Elektrode und dem zweidimensionalen Elektronengas. Wie in 3B dargestellt, wird eine negative Spannung VG an die Gate-Elektrode G angelegt, dadurch kann die Konzentration des zweidimensionalen Elektronengases eingestellt und gesteuert werden. Gleichzeitig können die Elektronen von der Gate-Elektrode zum zweidimensionalen Elektronengas tunneln, um einen Tunnelstrom IG zu erzeugen. Selbstverständlich kann auch eine positive Spannung an die Gate-Elektrode G angelegt werden. Die an die Gate-Elektrode G angelegte Spannung ist verstellbar.
  • Wie in 16 und 17 dargestellt, wenn die Gate-Spannung negativ ist, hat die angeregte Terahertz-Welle eine höhere Effizienz, wenn die Gate-Spannung positiv ist, hat die angeregte Terahertz-Welle eine relativ niedrigere Effizienz. Wie in 17 dargestellt, wenn im Bereich der negativen Gate-Spannung die Gate-Spannung allmählich höher wird, werden die Terahertz-Emissionseffizienz der Emission und der Gate-Elektrode-Strom allmählich kleiner; im Bereich der positiven Gate-Spannung sind die Emissionsleistung und die Effizienz beides kleiner als entsprechende Werte unter der negativen Gate-Spannung. Zusammenfassend gesagt, wird es herausgefunden, dass eine bessere Terahertz-Emissionsauswirkung bestehen wird, wenn eine negative Spannung an die Gate-Elektrode angelegt wird. Das wurde im Stand der Technik nicht offenbart.
    • (2) Antriebsstrom zwischen dem Source und dem Drain im zweidimensionalen Elektronengaskanal. Über ein extern angelegtes elektrisches Feld zwischen den Source-Drain-Elektroden wird die Driftgeschwindigkeit der Elektronen erhöht, um die Plasmawelle im zweidimensionalen Elektronengas anzuregen, so dass die elektrische Energie in die Plasmawellenenergie im zweidimensionalen Elektronengas umgewandelt wird. Wie in 3B dargestellt, bilden die Source-Elektrode S und die Drain-Elektrode D an den beiden Enden der zweidimensionalen Elektronengas-Plattformfläche und die zweidimensionale Elektronengas-Plattformfläche einen ohmschen Kontakt, über ein Anlegen einer Source-Drain-Spannung VDS zwischen der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode werden in der zweidimensionalen Elektronengas-Plattformfläche Antriebsströme ID und IS in die Source-Drain-Richtung erzeugt.
  • Wie in 18 dargestellt, ist die Anregungseffizienz des Gate-Elektrode-Stroms viel höher als die Anregungseffizienz des Source-Drain-Elektrode-Stroms.
  • In der vorliegenden Erfindung kann die Elektronengas-Plattformfläche aus zweidimensionalem Elektronengasmaterial ausgebildet sein.
  • In der Regel kann die Auswahl des zweidimensionalen Elektronengasmaterials auf zwei Hauptparametern des zweidimensionalen Elektronengases basieren. Ein Parameter ist hohe Elektronenbeweglichkeit, je höher die Beweglichkeit ist, desto kleiner ist die Plasmawellendämpfung, desto höher ist die Emissionseffizienz, desto höher ist die maximale Betriebstemperatur. Wenn die Beweglichkeit bei der Raumtemperatur die Klasse von 20000 cm2/Vs erreicht, kann es erwartet werden, dass eine Terahertz-Emission bei der Raumtemperatur realisiert wird. Wenn die Beweglichkeit bei der Raumtemperatur bei der die Klasse von 20000 cm2/Vs liegt, kann die maximale Betriebstemperatur 200 K näher kommt. Deshalb ist die Beweglichkeit ein wichtiger Parameter in der vorliegenden Erfindung, in der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung wird bevorzugt ein zweidimensionales Elektronengasmaterial hoher Elektronenbeweglichkeit verwendet. Der zweite Parameter ist die Konzentration des zwei-dimensionalen Elektronengases, je höher die Konzentration ist, desto höher ist die Frequenz der Terahertz-Welle, die emittiert werden kann. Bei einer niedrigeren Konzentration (wie z.B. niedriger als 1011 cm–2) kann die Emissionsfrequenz über die Verringerung der Länge der Gate-Elektrode des Gitters (die Abmessung entlang der Source-Drain-Richtung wird als Länge bezeichnet, die Abmessung senkrecht zur Source-Drain-Richtung wird als Breite bezeichnet. Wenn die Breite sich erhöht, kann die Emissionsleistung sich linear erhöhen.) erhöht werden, z.B. kann die Länge der Gate-Elektrode des Gitters z.B. unterhalb 1 μm kontrolliert werden, hier ist 1 μm nur beispielhaft, darauf ist die vorliegende Erfindung nicht beschränkt. Deshalb ist die Konzentration kein geforderter kritischer Parameter der vorliegenden Erfindung. Wenn eine Gate-Elektrode, die separat zum Gitter ist, angeordnet ist, entscheidet die Länge der separaten Gate-Elektrode den Plasmawellenmodus, wobei die Periode des Gitters die beste Frequenz der Kopplung zwischen dem Terahertz-Wellenmodus und dem Plasmawellenmodus entscheidet. In einer tatsächlichen Vorrichtung kann durch ein Einstellen der Gate-Spannung eine Resonanz erreicht werden, nämlich eine beste und stärkste Kopplung.
  • Beispielhaft kann das zweidimensionale Elektronengasmaterial GaN/AlGaN-Heteroübergang hoher Elektronenbeweglichkeit, der eine hohe Elektronkonzentration hat, so dass die Terahertz-Emissionsfrequenz einen breiten Einstellbereich hat, wobei er weiter eine Fähigkeit zum Tragen eines hohen Stroms hat, um die maximale Emissionsleistung zu erhöhen. Optional kann für das zweidimensionale Elektronengasmaterial ein anderes zweidimensionales Elektronengasmaterial hoher Elektronenbeweglichkeit bei der Raumtemperatur verwendet werden, wie z.B. GaAs/AlGaAs, Si/SiGe oder InGaAs/AlGaAs und anderer Heteroübergang, dadurch kann eine feste Terahertz-Lichtquelle mit einem Betrieb bei der Raumtemperatur.
  • Darüber hinaus kann für das zweidimensionale Elektronengasmaterial weiter Graphen oder MoS2, InN usw. ausgewählt werden. Die obigen zweidimensionalen Elektronengasmaterialien sind nur beispielhaft, darauf ist die vorliegende Erfindung nicht beschränkt.
  • Die Plasmawelle im zweidimensionalen Elektronengas hat eine folgende Dispersionsrelation:
    Figure DE112014004277T5_0005
  • Dabei ist fp die Frequenz (Hz) der Plasmawelle, ns ist die Elektronkonzentration de zweidimensionalen Elektronengases (m – 2), ε0 = 8.854 × 10–12 F/m ist die Vakuum-Dielektrizitätskonstante, m* ist die wirksame Masse der Elektronen im zweidimensionalen Elektronengas, m0 = 9.11 × 10–31 kg ist die Elektronenruhemasse, e = 1.602 × 10–19 ist Coulomb, ? ist die Elektronladung, q = 2π/λp ist die Wellenzahl der Plasmawelle, λp ist die Wellenlänge der Plasmawelle, ε ist die wirksame Dielektrizitätskonstante an der Stelle des zweidimensionalen Elektronengases unter der Kopplung des Gitters. Im zweidimensionalen Elektronengas unter der Kopplung des Gitters können eine partielle Plasmawelle unter der Gate-Elektrode und eine in die mehreren Gitterperiodenabmessungen erweiterte zweidimensionale Plasmawelle erzeugt werden, nämlich kann die Wellenzahl der Plasmawelle unter der beiden Umständen jeweils wie folgt dargestellt werden: qm = m π / W, m = 1, 2, 3, ..., qm = m 2π / L, m = 1, 2, 3, ...,
  • Dabei ist W die Länge der Gitter-Gate-Elektrode, wobei L die Periode der Gitter-Gate-Elektrode. Wenn nur eine Gate-Elektrode separat angeordnet ist, entscheidet nur die Länge der Gate-Elektrode W den Modus. Die Gitterperiode L entscheidet, ob der Plasmawellenmodus unter einer durch W bestimmten Frequenz eine starke Kopplung mit der Resonanzhohlraumform realisieren kann, dabei kann die Elektronengaskonzentration über die Gate-Elektrode-Spannung eingestellt werden, um eine Resonanz von dem Plasmawellenmodus und der Resonanzhohlraumform zu erreichen.
  • Wenn die Plasmawellenfrequenz gleich wie die Frequenz der Terahertz-Resonanzhohlraumform ist und der Resonanzhohlraummodus beim Durchgehen durch die über das Gitter gekoppelte Stelle des zweidimensionalen Elektronengases ein stärkstes elektrisches Terahertz-Feld hat (wie in 7 dargestellt), erreichen der Plasmawellenmodus und die Resonanzhohlraumform die Resonanzbedingungen:
    Figure DE112014004277T5_0006
  • Wie in 2 dargestellt, stellt die gerade Linie, die an der linken Seite und nahezu senkrecht ist, die elektromagnetische Terahertz-Welle im freien Raum dar. Die horizontale gestrichelte Linie, die parallel zur horizontalen Achse ist, ist die Frequenz der Terahertz-Resonanzhohlraumform C1–C8 f0(k), k = 1, 2, 3, ... 8, die senkrechte gestrichelte Linie, die senkrecht zur horizontalen Achse ist, entspricht der Korrespondenzwellenzahl vom partiellen Plasmawellenmodus unter einer durch das Koppelgitter bestimmten Gate-Elektrode (f0(k), k = 1, 2, 3, ... 8, nämlich eine Frequenz, der der partiellen Plasmawelle entspricht). Das Überschneiden der horizontalen gestrichelten Linie und der senkrechten gestrichelten Linie ist der erhaltbare Resonanzpunkt zwischen der Resonanzhohlraumform und der Plasmawelle. Um eine Resonanz zu erreichen, soll die Gate-Elektrode-Spannung eingestellt werden, so dass die Konzentration des zweidimensionalen Elektronengases die obigen Resonanzbedingungen erfüllt. Die geneigte fette gestrichelte Kurve in 2 entspricht einer Dispersionsrelation der Plasmawelle unter einer bestimmten Elektronengaskonzentration (ns = 7.1 × 1012 cm–2), der fünfzackige Stern steht für einen unterstützten Terahertz-Wellenmodus des Koppelgitters, der hohle fünfzackige Stern steht für einen Plasmawellenmodus, der mit dem Terahertz-Wellenmodus gekoppelt werden kann, wie z.B. in 2 können der Plasmawellenmodus q3 und die Terahertz-Resonanzhohlraumform C5 eine Resonanz realisieren. Somit Terahertz-Lichtquelle der vorliegenden Erfindung kann durch die Gate-Spannung eingestellt werden, erreicht die Lichtemissionszustand und in einem bestimmten Bereich Anpassung an die Lichtfrequenz. Deshalb kann die Terahertz-Lichtquelle der vorliegenden Erfindung über ein Einstellen der Gate-Elektrode-Spannung einen Lichtemissionszustand erreichen und innerhalb eines bestimmten Bereichs die Lichtemissionsfrequenz einstellen.
  • Der Lichtquellenchip der vorliegenden Erfindung kann nicht nur die obigen Resonanzbedingungen erfüllen, sondern er realisiert auch eine starke Kopplung zwischen der Resonanzhohlraumform und dem Plasmawellenmodus. Wenn die Resonanzbedingungen vereinfacht erfüllt werden, können eine bestimmte Umwandlung von der Plasmawelle in die Terahertz-Welle und eine Emission erzeugt werden, jedoch besteht eine niedrige Effizienz. Der Hauptgrund liegt im niedrigeren Qualitätsfaktor der Plasmawelle:
    Figure DE112014004277T5_0007
  • Wenn die Bedingungen der starken Kopplung zwischen der Resonanzhohlraumform und dem Plasmawellenmodus gemäß der vorliegenden Erfindung erfüllt werden, kann ein Plasmonpolaritonsmodus ausgebildet werden, nämlich sowohl Terahertz-Hohlraumform als auch Plasmawellenmodus. Der Polaronmodus kann mittels eines Kopplungs-Oszillator-Modells beschrieben werden: ?
    Figure DE112014004277T5_0008
    dabei sind ωc = 2πf0, ωp = 2πfp, γp = 2πτ–1 = 2πfp/Qp, γc = 2πf0/Qc, Qc die Qualitätsfaktoren des Resonanzhohlraums, V ist die Kopplungsstärke zwischen den beiden. Bei der Kopplungsresonanz zwischen den beiden werden ein Polaronmodus hoher Frequenz und ein Polaronmodus niedriger Frequenz erzeugt. Die durchgezogene Kurve in 2 stellt einen Polaronmodus dar. Bei der Resonanz ist der Frequenzunterschied zwischen den beiden die Rabi-Oszillationsfrequenz:
    Figure DE112014004277T5_0009
  • Je höher die Kopplungsstärke ist, desto höher ist der Frequenzunterschied zwischen den beiden, desto größer ist der Einstellbereich der Frequenz.
  • Aufgrund dessen kann in der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung mittels der nach der Koppelung zwischen der Terahertz-Wellenhohlraumform und der Plasmawellenhohlraumform gebildeten Plasmonpolariton eine hocheffiziente Umwandlung von der Plasmawelle ins Terahertz realisiert werden.
  • In der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung kann der Resonanzhohlraum unterhalb der durch das zweidimensionale Elektronengasmaterial ausgebildeten zweidimensionalen Elektronengas-Plattformfläche aus einem das zweidimensionale Elektronengasmaterial unterstützenden isolierenden Substratmaterial ausgebildet sein, wobei der Resonanzhohlraum eine Oberfläche mit einer Spiegeloberflächenflachheit aufweist.
  • Die Grundlage für die Auswahl des Substratsmaterials des Terahertz-Resonanzhohlraums ist wie folgt: eine möglichst kleine Absorption für die Terahertz-Welle, gleichzeitig sollen die Anforderungen ans Wachstum des zweidimensionalen Elektronengasmaterials hoher Elektronenbeweglichkeit erfüllt werden, in anderen Worten sollen eine hohe Elektronenbeweglichkeit und ein niedriger Terahertz-Verlust bestehen. D.h. soll ein geeignetes Substratsmaterial des zweidimensionalen Elektronengases ausgewählt werden, so dass es sowohl als Substrat des zweidimensionalen Elektronengases als auch als Terahertz-Resonanzhohlraum dienen kann. Deshalb sollen die beiden Aspekte zusammenfassend berücksichtigt werden. Saphir hat einen hohen spezifischen Widerstand und eine niedrige Absorption für das Terahertz-Licht und kann somit als Resonanzhohlraummaterial verwendet werden. Weiter sind Quarz-Kristall, hochohmiges Einkristall-Silizium und dergleichen auch optionale Materialien. Die Dicke wird durch die Ziels-Terahertz-Emissionsfrequenz entschieden und kann in der Regel in einem Bereich von 10–300 μm eingestellt werden. Saphir, Quarz-Kristall, hochohmiges Einkristall-Silizium sind nur beispielhaft. Das Material des Resonanzhohlraums in der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die drei Materialien beschränkt. Alle Materialien, die zum Unterstützen des Substrats des zweidimensionalen Elektronengasmaterials dienen und eine niedrige Terahertz-Absorptionsrate und eine hohe Durchlässigkeit haben, sind geeignet.
  • 14 zeigt durch verschiedene Resonanzhohlraumdicken erzeugte verschiedene Effekte der starken Kopplung. Wenn die Dicke kleiner ist, bilden das Plasmon und der Terahertz-Resonanzhohlraummodus einen relativ deutlichen Effekt der starken Kopplung. Wenn die Dicke größer ist, wird der Effekt der starken Kopplung schwächer.
  • 15 zeigt verschiedene Terahertz-Emissionsspektren des Terahertz-Resonanzhohlraums, die durch verschiedene Resonanzhohlraumdicken, verschiedene Gitterlängen, verschiedene Gate-Elektrode-Perioden, verschiedene Gate-Elektrode-Intervalle verursacht sind.
  • Die Unterseite des Substratsmaterials des zweidimensionalen Elektronengases hat eine Spiegeloberflächenflachheit und verfügt über bevorzugt einen Metallfilm von mehr als 200 nm (wie Au-Film oder Ti/Au-, Ni/Au-, Cr/Au- oder NiCr/Au-Film) oder einen Totalreflexionsfilm aus anderem Material, die als Totalreflexionsspiegel dienen, um eine hohe Reflektivität des Terahertz-Lichts zu erhalten, oder auf andere Weise wird der Zweck erreicht, dass an der Rückseite eine Totalreflexion besteht.
  • Der Totalreflexionsspiegel der Rückseite ist einer der Schlüssel zum Erhöhen des Qualitätsfaktors des Terahertz-Resonanzhohlraums. Wenn der Totalreflexionsspiegel nicht besteht, kann die Terahertz-Welle im Resonanzhohlraum durch die Unterseite ausströmen, gleichzeitig wird der Modus des Resonanzhohlraums dem obigen Modus nicht entsprechen: f0 = 2k – 1 / nc / 4D, k = 1, 2, 3, ... sondern der Modus wird: f0 = k / n c / 2D, k = 1, 2, 3, ...
  • Der Totalreflexionsfilm der Unterseite kann ermöglichen, dass die Stärke des elektrischen Terahertz-Feldes an der inneren Unterseite des Resonanzhohlraums Null beträgt. Im Gegensatz dazu tendiert das elektrische Feld zu einem extrem großen Zustand, wenn kein Metalltotalreflexionsfilm besteht, wobei ein Problem mit der Leckage des elektrischen Terahertz-Feldes auftritt.
  • Der Abstand zwischen dem zweidimensionalen Elektronengas und der Oberfläche der zweidimensionalen Elektronengas-Plattformfläche liegt bevorzugt im Bereich von 20 bis 50 nm, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt.
  • Unter der Voraussetzung, dass das Wachstumsverfahren des zweidimensionalen Elektronengasmaterials hoher Elektronenbeweglichkeit es ermöglicht, je kleiner der Abstand zwischen dem zweidimensionalen Elektronengas und der Oberfläche der zweidimensionalen Elektronengas-Plattformfläche ist, desto besser ist die durch das Gitter realisierte Verstärkungsfunktion für die Kopplung zwischen dem Terahertz-Wellenmodus und dem Plasmawellenmodus.
  • In der vorliegenden Erfindung kann nicht nur über ein Einstellen der Elektronengaskonzentration über die Gate-Elektrode-Spannung und ein Einstellen der Länge der Gitter-Gate-Elektrode eine Steuerung der Emissionsfrequenz des Terahertz-Lichts realisiert werden, sondern die Emissionsfrequenz kann auch über ein Einstellen der Hohlraumlänge des Terahertz-Resonanzhohlraums gesteuert werden.
  • Die in 1, 3A und 3B dargestellte Struktur des Resonanzhohlraums ist die Kernstruktur der Terahertz-Lichtquelle in der vorliegenden Erfindung. Der Modus des Terahertz-Resonanzhohlraums hat an der Stelle des zweidimensionalen Elektronengases unter der Gitterkopplung ein starkes elektrisches Feld. Der Gitterkoppler ermöglicht, dass die Terahertz-Resonanzhohlraumform und der Plasmawellenmodus im zweidimensionalen Elektronengas eine wirksame Kopplung durchführen, um ein verstärktes elektrisches Terahertz-Feld am Rand der Gitter-Gate-Elektrode zu erzeugen. Im regulatorischen Bereich der Gate-Elektrode-Spannung, nämlich im Bereich des zweidimensionalen Elektronengases unterhalb der Gate-Elektrode, ist eine Plasmawelle erzeugt. Wegen der starken Kopplung zwischen der Plasmawelle und dem Terahertz-Resonanzhohlraummodus ist im zweidimensionalen Elektronengassystem unter der Kopplung mit dem Resonanzhohlraum eine Plasmonpolariton ausgebildet, so dass eine hocheffiziente Umwandlung von der Plasmawelle ins Terahertz realisiert wird. Für die Umwandlung von der extern angelegten elektrischen Energie in die Plasmawellenenergie kann ein Verfahren der Anregung des Source-Drain-Stroms oder ein Anregungsverfahren des Tunnelstroms von der Gate-Elektrode zum zweidimensionalen Elektronengas verwendet werden.
  • In der vorliegenden Erfindung kann die Plasmawelle über das Eingießen geringer Energie angeregt werden, nämlich besteht eine Null-Anregungsenergie. Durch die elektrische Anregung der Plasmonpolariton wird eine Terahertz-Wellenemission erzeugt, um eine Anregung des einzelnen Elektrons zu vermeiden, so dass die Umwandlungseffizienz von der eingegossenen Energie in die Terahertz-Welle erhöht wird.
  • Da der Plasmawellenmodus und der Terahertz-Wellenmodus im Zustand starker Kopplung ist, hat der Terahertz-Lichtquellenchip in der vorliegenden Ausführungsform mindestens folgende Vorteile:
    • (1) Über die Verstärkung des Qualitätsfaktors des Terahertz-Resonanzhohlraums kann die Lebensdauer der Plasmonpolariton verlängert werden; (2) eine hohe Umwandlungseffizienz von der Plasmawelle in die Terahertz-Wellenstrahlung; (3) eine hohe Umwandlungseffizienz vom eingegossenen Strom in die Plasmawelle; (4) über den Terahertz-Resonanzhohlraum kann die Emissionsfrequenz der Terahertz- Welle wirksam reguliert werden; (5) über die Konzentration des zweidimensionalen Elektronengases kann die Emissionsfrequenz der Terahertz-Welle wirksam reguliert werden.
  • Der wie oben erwähnte erste Terahertz-Lichtquellenchip kann über die Drahtbondtechnik an einem Chipsitz und/oder der Leiterplatte (PCB) verkapselt werden, so dass eine Terahertz-Lichtquellenvorrichtung ausgebildet wird. Um das aus dem Inneren des Resonanzhohlraums emittierte Terahertz-Licht weiter wirksam zu sammeln, kann die verkapselte Lichtquellenvorrichtung in einem sauerstofffreien Kupferwellenleiter hoher Leitfähigkeit integriert werden, um eine Terahertz-Lichtquellenanordnung auszubilden, wie in 11 dargestellt. In 11 steht das Bezugszeichen 110 für einen sauerstofffreien Kupferhalter, wobei der Lichtquellenchip 120 im Chipsitz 140 verkapselt und weiter mit PCB 150 gemeinsam integriert ist, und wobei die ausgebildete Lichtquellenvorrichtung am Ende in einem Hohlraum 130 des Wellenleiters integriert ist.
  • Im Folgenden werden die Herstellungsverfahren des Terahertz-Lichtquellenchips, der Lichtquellenvorrichtung und der Lichtquellenanordnung erläutert.
  • 4 zeigt einen allgemeinen Ablauf zum Herstellen des Terahertz-Lichtquellenchips (des ersten Terahertz-Lichtquellenchips) in der vorliegenden Ausführungsform 1. 5 zeigt ein Beispiel des Prozessablaufs zum Herstellen der Terahertz-Lichtquellenanordnung in der vorliegenden Ausführungsform 1. Wie in 4 dargestellt und siehe 5, umfasst das Verfahren detailliert folgende Schritte:
  • S410: Ausbilden einer zweidimensionalen Elektronengas-Plattformfläche.
  • Zuerst wird die mit dem Substratsmaterial versehene Grundscheibe des zweidimensionalen Elektronengases gereinigt. Die Rückseite der Grundscheibe des zweidimensionalen Elektronengases ist das Substratsmaterial, wobei die Vorderseite das zweidimensionale Elektronengasmaterial ist. Das zweidimensionale Elektronengasmaterial kann aus metallorganischen Substanzen durch chemische Dampfabscheidung (MOCVD) oder Molekularstrahlepitaxie (MBE) und andere Techniken auf dem Substratsmaterial realisiert werden und hat eine Ebenheit der atomaren Klasse.
  • Dann wird die Grafik der zweidimensionalen Elektronengas-Plattformfläche unter der Verwendung der ultravioletten (UV) Belichtungstechnik auf die Grundscheibe übertragen. Mit einem induktiv gekoppelten Plasmaätzenverfahren oder reaktiven Ionenätzenverfahren oder Ionenstrahl-Ätzverfahren oder nasschemischen Ätzverfahren wird das zweidimensionale Elektronengasmaterial geätzt, um eine Struktur der zweidimensionalen Elektronengas-Plattformfläche auszubilden.
  • S420: Ausbilden einer Elektrode zum Anregen der Plasmawelle aus dem zweidimensionalen Elektronengas und eines Metallkoppelgitters auf der zweidimensionalen Elektronengas-Plattformfläche.
  • Die Elektrode zum Anregen der Plasmawelle KANN sowohl eine Source-Elektrode und eine Drain-Elektrode, die auf der zweidimensionalen Elektronengas-Plattformfläche 1 ausgebildet sind und mit der zweidimensionalen Elektronengas-Plattformfläche einen ohmschen Kontakt bilden, als auch mindestens eine von der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode und eine Gate-Elektrode sein, wobei die Gate-Elektrode das Metallkoppelgitter oder eine separate Gate-Elektrode zum Metallkoppelgitter sein kann. Im Folgenden wird ein beispielhafter Ablauf unter dem Umstand, dass ein Metallkoppelgitter als die Gate-Elektrode dient. Wenn eine Gate- Elektrode separat ausgebildet ist, kann ein ähnliches Verfahren wie das Verfahren zum Ausbilden der Gitter-Gate-Elektrode verwendet werden, um auf der zweidimensionalen Elektronengas-Plattformfläche jeweils ein separates Metallkoppelgitter und eine separate Gate-Elektrode auszubilden.
  • Zuerst werden auf der zweidimensionalen Elektronengas-Plattformfläche eine Source-Elektrode und eine Drain-Elektrode ausgebildet, die mit der zweidimensionalen Elektronengas-Plattformfläche einen ohmschen Kontakt bilden, wobei die Source-Elektrode und die Drain-Elektrode über ein herkömmliches Verfahren des ohmschen Kontakts realisiert werden können. Je kleiner der Kontaktwiderstand ist, desto besser ist es, dabei bestehen keine spezifischen Anforderungen. Z.B. kann unter der Verwendung der ultravioletten Belichtungstechnik eine Grafik des ohmschen Kontakts auf der zweidimensionalen Elektronengas-Plattformfläche ausgebildet sein. Mit einem Elektronenstrahlverdampfungsverfahren oder thermischen Verdampfungsverfahren oder Magnetron-Sputtern-Verfahren wird eine mehrschichtige Metallstruktur zum Ausbilden eines ohmschen Kontakts verdampfend plattiert. Nach dem Abtrennen der Metalle wird die Metallgrafik des ohmschen Kontakts ausgebildet. Für das zweidimensionale Elektronengasmaterial von AlGaN/GaN kann für die mehrschichtige Metallstruktur z.B. Ti/Al/Ni/Au verwendet werden. Für das zweidimensionale Elektronengasmaterial von AlGaAs/GaAs kann für die mehrschichtige Metallstruktur z.B. AuGe/Ni/AuGe verwendet werden, hier ist die Material der mehrschichtigen Metallstruktur nur beispielhaft. Dann wird der ohmsche Kontakt über ein schnelles Tempern ausgebildet. Mit einem Elektronenstrahlverdampfungsverfahren oder thermischen Verdampfungsverfahren oder Magnetron-Sputtern-Verfahren wird Au, Ti/Au, Ni/Au, Cr/Au oder NiCr/Au verdampfend plattiert, nach dem Abtrennen wird die Metallelektrodenstruktur (Source-Elektrode und Drain-Elektrode) am ohmschen Kontakt ausgebildet, dabei ist Au das Hauptmaterial des Gitters und der Gate-Elektrode und hat eine Dicke von über 50 nm, und die Ti-, Ni-, Cr- und NiCr-Schicht ist eine Haftschicht zwischen der Au-Schicht und der zweidimensionalen Elektronengas-Plattformfläche oder dem Substrat, auf dem die Elektrode sich befindet, und hat eine Dicke, die in der Regel unter 50 nm beträgt.
  • Anschließend wird auf der zweidimensionalen Elektronengas-Plattformfläche ein als Gate-Elektrode dienendes Metallkoppelgitter ausgebildet. Z.B. kann mit einem ultravioletten Belichtungsverfahren oder Elektronenstrahlbelichtungsverfahren oder Laserinterferenzbelichtungsverfahren und anderen ähnlichen Prozessen eine Gittergrafik auf der zweidimensionalen Elektronengas-Plattformfläche ausgebildet sein. Mit einem Elektronenstrahlverdampfungsverfahren oder thermischen Verdampfungsverfahren oder Magnetron-Sputtern-Verfahren werden Metalle mit hoher Leitfähigkeit (in der Regel Gold oder Legierungen mit Gold, wie z.B. Ti/Au, Ni/Au, Cr/Au oder NiCr/Au usw.) verdampfend plattiert, um eine Metallgitterstruktur auszubilden.
  • Nach dem Ausbilden des Gitters und der Gate-Elektrode wird anschließend eine Durchführungselektrode ausgebildet. Z.B. können ein Grafiktransfer der Durchführungselektrode der Terahertz-Gitter-Gate-Elektrode und der Durchführungselektrode der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode unter der Verwendung der ultravioletten Belichtungstechnik realisiert, nämlich wird die Grafik an die zweidimensionale Elektronengas-Plattformfläche übertragen. Mit einem Elektronenstrahlverdampfungsverfahren oder thermischen Verdampfungsverfahren oder Magnetron-Sputtern-Verfahren wird Au, Ti/Au, Ni/Au, Cr/Au oder NiCr/Au verdampfend plattiert. Nach dem Abtrennen werden die Gate-Elektrode und die Durchführungselektrode des ohmschen Kontakts ausgebildet.
  • Schritt S430: Durchführen einer Verdünnungs- und Polierungsverarbeitungen für das Substrat des zweidimensionalen Elektronengases, um einen Terahertz-Resonanzhohlraum auszubilden.
  • Verdünnungs- und Polierungsverarbeitungen für das Substrat des zweidimensionalen Elektronengases, so dass das Substrat des zweidimensionalen Elektronengases die geforderte Gestaltungsdicke erreicht und seine Rückseite eine Spiegeloberflächenflachheit hat. Bevorzugt kann an der Unterseite des Substrats des zweidimensionalen Elektronengases eine Schicht vom Goldfilm oder anderen Metallfilm (einschließlich Legierungsfilm) plattiert wird, um die hohe Reflektivität des Terahertz-Lichts zu haben und als Totalreflexionsspiegel der Rückseite zu dienen. Mit einem Elektronenstrahlverdampfungsverfahren oder thermischen Verdampfungsverfahren oder Magnetron-Sputtern-Verfahren wird ein Metallfilm (wie z.B. Au, Ti/Au, Ni/Au, Cr/Au oder NiCr/Au) an der Rückseite des zweidimensionalen Elektronengaschips verdampfend plattiert, um eine Terahertz-Totalreflexionsspiegelfläche auszubilden. Je höher die Reflektivität des Totalreflexionsspiegels ist, desto besser ist es, desto besser ist der erreichte Totalreflexionseffekt.
  • Wie oben erwähnt, wird ein Terahertz-Lichtquellenchip mit hoher Umwandlungseffizienz ausgebildet.
  • Optional kann im Schritt zum Ausbilden der zweidimensionalen Elektronengas-Plattformfläche auch das zweidimensionale Elektronengasmaterial zuerst an die Oberfläche des Terahertz-Resonanzhohlraums übertragen werden, dann wird an der Oberfläche des Resonanzhohlraums eine zweidimensionale Elektronengas-Plattformfläche ausgebildet.
  • Wenn auf einem großen Block des Substrats des zweidimensionalen Elektronengases basierend eine große Menge an Terahertz-Lichtquellenchips ausgebildet ist, umfasst das vorliegende Verfahren ein Unterteilen der mehreren Terahertz-Lichtquellenchips in jeweilige separate Terahertz-Lichtquellenchips. Z.B. kann mit einem Laserdissoziationsverfahren oder Laserschneideverfahren oder manuellen Dissoziationsverfahren die mehreren Terahertz-Lichtquellenchips in jeweilige separate Terahertz-Lichtquellenchips unterteilt werden.
  • Bevorzugt können die jeweiligen separaten Terahertz-Lichtquellenchips über Drahtbonden an einem Chipsitz und/oder PCB verkapselt sein, so dass sie zu einer Terahertz-Lichtquellenvorrichtung verkapselt werden. Um das aus dem Inneren des Resonanzhohlraums emittierte Terahertz-Licht wirksamer zu sammeln, kann bevorzugt die verkapselte Lichtquellenvorrichtung in einem sauerstofffreien Kupferwellenleiter hoher Leitfähigkeit integriert werden, um eine Terahertz-Lichtquellenanordnung auszubilden, wie in 11 dargestellt.
  • Der detaillierte Prozessablauf im oben erwähnten Schritt ist nur beispielhaft, darauf ist die vorliegende Erfindung nicht beschränkt. Da jeder Schritt mehrere Arbeitsschritte umfassen kann, können die jeweiligen Arbeitsschritte von verschiedenen Schritten abwechselnd durchgeführt werden, statt in der oben geschilderten Reihenfolge durchgeführt zu werden. Unter der Voraussetzung der Zubereitung der beanspruchten Struktur der vorliegenden Anmeldung kann der Fachmann des vorliegenden Gebiets anhand der Beschreibung der vorliegenden Anmeldung verschiedene Varianten und Änderungen für das Verfahren und die Reihenfolge zum Ausbilden der jeweiligen Elemente durchführen, wobei die Varianten und die Änderungen als vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung gedeckt angesehen werden sollen.
  • Zweite Ausführungsformen
  • Die vorliegende Ausführungsform führt eine weitere Verbesserung auf der Grundlage der ersten Ausführungsform durch und stellt einen anderen Chip (in der vorliegenden Ausführungsform wird er auch als zweiter Terahertz-Lichtquellenchip bezeichnet), eine entsprechende Lichtquellenvorrichtung und Anordnung sowie ihr Herstellungsverfahren zur Verfügung, um den Fluchtverlust des Terahertz-Lichts zu verringern, so dass der Qualitätsfaktor des Terahertz-Resonanzhohlraums weiter erhöht, die Kopplungsstärke zwischen der Resonanzhohlraumform und dem Plasmawellenmodus verstärkt und die Umwandlungseffizienz verbessert wird.
  • 6 zeigt eine schematische Strukturansicht des Terahertz-Lichtquellenchips in der vorliegenden Ausführungsform. 7 zeigt eine Form von dem Plasmawellenmodus und der Terahertz-Resonanzhohlraumform, die unter der Koppelung vom Gitter-Resonanzhohlraum in erzeugt sind.
  • Wie in 6 dargestellt, umfasst der Terahertz-Lichtquellenchip in der vorliegenden Ausführungsform: eine zweidimensionale Elektronengas-Plattformfläche 1; eine an der zweidimensionalen Elektronengas-Plattformfläche ausgebildete Elektrode (wie Source-Elektrode S und Drain-Elektrode D; Source-Elektrode und Gate-Elektrode; Drain-Elektrode und Gate-Elektrode; oder Source-Elektrode, Drain-Elektrode und Gate-Elektrode) zum Anregen der Plasmawelle; einen unterhalb der zweidimensionalen Elektronengas-Plattformflächem ausgebildeten, als Substrat des zweidimensionalen Elektronengases dienenden Terahertz-Resonanzhohlraum 3; ein oberhalb der zweidimensionalen Elektronengas-Plattformfläche ausgebildetes Metallkoppelgitter 2, das zur Kopplung zwischen der Terahertz-Resonanzhohlraumform und dem zweidimensionalen Elektronengas sowie seinem Plasmawellenmodus dient. Die Strukturen sind gleich wie die Struktur des Lichtquellenchips in der ersten Ausführungsform und werden in der vorliegenden Ausführungsform nicht näher erläutert. Darüber hinaus umfasst der Terahertz-Lichtquellenchip in der zweiten Ausführungsform weiter Folgendes: eine oberhalb des Metallkoppelgitters ausgebildetes Medium-Resonanzhohlraumplatte 7; sowie einen oberhalb der Medium-Resonanzhohlraumplatte ausgebildeten halbdurchlässigen oder stark reflektierenden Reflexionsspiegel 8, der als die Austrittsfläche der Terahertz-Lichtstrahlung 9 dient. D.h., dass der zweite Terahertz-Lichtquellenchip in der vorliegenden Ausführungsform außer der Struktur des ersten Terahertz-Lichtquellenchips in der ersten Ausführungsform weiter eine Medium-Resonanzhohlraumplatte 7 und einen Reflexionsspiegel mit partieller Transmission 8 (wie stark reflektierenden Reflexionsspiegel) umfasst.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist das Material der Medium-Resonanzhohlraumplatte gleich oder ähnlich wie das Substratsmaterial des zweidimensionalen Elektronengaschips (mit äquivalenten Dielektrizitätskonstanten oder Terahertz-Licht-Brechungsverhältnis), wobei sie eine gleiche oder ähnliche Dicke haben. Die obere und untere Oberfläche der Medium-Resonanzhohlraumplatte haben eine Spiegeloberflächenflachheit. Die obere Oberfläche kann mit einem halbdurchlässigen oder stark reflektierenden Metallfilm beschichtet sein und ist eine Austrittsfläche der Terahertz-Lichtstrahlung. Der erste Terahertz-Lichtquellenchip und die Medium-Resonanzhohlraumplatte können über ein Bumping-Anschweißverfahren präzis integriert werden, die Oberflächen von den beiden sind zueinander parallel, um einen Terahertz-Fabry-Perot-Resonanzhohlraum 3’ mit einem hohen Qualitätsfaktor auszubilden. Wie in 7 dargestellt, kann mittels des Fabry-Resonanzhohlraums eine beschränkte Anzahl am Terahertz-Resonanzmodus ausgebildet sein, nämlich Modus der stehenden Welle, der Modus der stehenden Welle bildet ein Wellenabdomen an der Stelle des zweidimensionalen Elektronengases aus, wie der in Figur erzeugte Umschlag der elektrischen Terahertz-Feldstärke 11. Dann wird eine Nahfeld-Verstärkung über das Metallgitter 2 an der Oberfläche des zweidimensionalen Elektronengases erzeugt, so dass der Terahertz-Wellenresonanzmodus und die Plasmawelle 6 im zweidimensionalen Elektronengas eine Resonanz erzeugen, um eine Plasmonpolariton auszubilden, dadurch wird eine Terahertz-Radiation 9 erzeugt wird.
  • Als eine optionale Ausführungsform können die Positionen der Medium-Resonanzhohlraumplatte 7 und des stark reflektierenden Reflexionsspiegels 8 in 6 miteinander ausgetauscht werden, nur jetzt soll der Abstand zwischen dem Gitter und dem stark reflektierenden Reflexionsspiegel entsprechend eingestellt werden, so dass der Abstand zwischen dem stark reflektierenden Reflexionsspiegel und dem Totalreflexionsspiegel der Unterseite die Stehwellenbedingung erfüllt und die stehende Welle an der Stelle des zweidimensionalen Elektronengases ein Wellenabdomen ausbildet.
  • Für die Medium-Resonanzhohlraumplatte 7 und den stark reflektierenden Reflexionsspiegel 8 kann eine sphärische Struktur oder eine ellipsoide Struktur verwendet werden. Darüber hinaus können der stark reflektierende Reflexionsspiegel 8 und der Totalreflexionsspiegel 4 auf der Grundlage der Struktur gemäß 6 durch einen asphärischen Reflexionsspiegel ersetzt werden, um einen Terahertz-Resonanzhohlraum mit einer besseren Stabilität auszubilden. Ebenfalls können der stark reflektierende Reflexionsspiegel 8 und der Totalreflexionsspiegel durch einen asymmetrischen Reflexionsspiegel ersetzt werden, um einen instabilen Terahertz-Resonanzhohlraum auszubilden, der für eine Terahertz-Lichtquelle hoher Leistung verwendet werden kann.
  • Wie in 7 dargestellt, hat der Modus des Terahertz-Resonanzhohlraums an der Stelle des zweidimensionalen Elektronengases unter der Gitterkopplung ein starkes elektrisches Feld 10. Der Gitterkoppler ermöglicht, dass die Terahertz-Resonanzhohlraumform und das zweidimensionale Elektronengas eine wirksame Kopplung durchführen, um ein verstärktes elektrisches Terahertz-Feld am Rand der Gitter-Gate-Elektrode zu erzeugen. Im regulatorischen Bereich der Gate-Elektrode-Spannung, nämlich im Bereich des zweidimensionalen Elektronengases unterhalb der Gate-Elektrode, ist eine Plasmawelle erzeugt. Wegen der starken Kopplung zwischen der Plasmawelle und dem Terahertz Resonanzhohlraummodus ist im zweidimensionales Elektronengassystem unter der Kopplung mit dem Resonanzhohlraum eine Plasmonpolariton ausgebildet.
  • Über ein Antreiben durch den Source-Drain-Strom oder den Gate-Kanal-Strom wird die Plasmonpolariton angeregt, wobei die Terahertz-Welle über den stark reflektierenden Reflexionsspiegel an der oberen Oberfläche der Resonanzhohlraumplatte eine Emission zum Äußeren des Resonanzhohlraums durchführt.
  • Der wie oben erwähnte zweite Terahertz-Lichtquellenchip kann über die Drahtbondtechnik an einem Chipsitz oder der Leiterplatte (PCB) verkapselt werden, so dass eine Terahertz-Lichtquellenvorrichtung ausgebildet wird. Um das aus dem Inneren des Resonanzhohlraums emittierte Terahertz-Licht weiter wirksam zu sammeln, kann die verkapselte Lichtquellenvorrichtung in einem sauerstofffreien Kupferwellenleiter hoher Leitfähigkeit integriert werden, um eine Terahertz-Lichtquellenanordnung auszubilden, wie in 11 dargestellt.
  • Der zweite Terahertz-Lichtquellenchip gemäß der vorliegenden Ausführungsform hat nicht nur die Vorteile des ersten Lichtquellenchips in der ersten Ausführungsform, wegen der starken Verbesserung des Qualitätsfaktors des Terahertz-Resonanzhohlraums wird die Kopplungsstärke zwischen der Terahertz-Resonanzhohlraumform und dem Plasmawellenmodus im Vergleich zur ersten Ausführungsform weiter erhöht, dadurch wird die Umwandlungseffizienz wirksam erhöht, gleichzeitig wird die Breite der Emissionslinien reduziert, und die Einfarbigkeit und die Kohärenzeigenschaften des Terahertz-Lichts werden verstärkt.
  • Optional kann der Totalreflexionsspiegel 4 im Terahertz-Lichtquellenchip gemäß 6 und 7 durch einen Reflexionsspiegel mit partieller Transmission (wie z.B. halbdurchlässigen Spiegel oder stark reflektierenden Reflexionsspiegel) ersetzt werden, während der Reflexionsspiegel mit partieller Transmission 8 durch einen Totalreflexionsspiegel ersetzt wird. Jetzt wird die erzeugte Terahertz-Wellenstrahlung vom Bodenabschnitt des Resonanzhohlraums 3 austreten, statt von einer Position oberhalb der Resonanzhohlraumplatte 7 auszutreten.
  • 8 zeigt ein durch die Gate-Spannung und die Source-Drain-Spannung reguliertes Reflexionslichtspektrum. Durch 8 kann es herausgefunden werden: wenn eine gleiche Gate-Elektrode-Negativspannung (–0,8V) besteht, je höher die Source-Drain-Spannung ist, desto höher ist die Reflexionsfrequenz des Reflexionslichtspektrums.
  • In der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung ist der Fabry-Perot-Resonanzhohlraum nur beispielhaft, weiter kann ein nicht ebener Resonanzhohlraum verwendet werden, wie z.B. konfokaler Terahertz-Resonanzhohlraum usw.
  • Im Folgenden wird ein Verfahren zum Herstellen des Terahertz-Lichtquellenchips, der Lichtquellenvorrichtung und der Lichtquellenanordnung in der vorliegenden Ausführungsform erläutert. 9 zeigt ein vereinfachtes Ablaufdiagramm zum Herstellen des zweiten Terahertz-Lichtquellenchips in der zweiten Ausführungsform.
  • 10 zeigt ein Beispiel des Prozessablaufs zum Herstellen der Terahertz-Lichtquellenanordnung in zweite Ausführungsform. Wie in 9 dargestellt und siehe 10, umfasst das Verfahren folgende Schritte:
  • Schritte S910–S930: Herstellen eines ersten Terahertz-Lichtquellenchips. Die Schritte S910–S930 sind gleich wie die Schritte S410–S430 in 4, hier wird es nicht näher erläutert.
  • Schritt S940: Ausbilden einer Resonanzhohlraumplatte auf dem ersten Lichtquellenchip.
  • Der Schritt kann Folgendes umfassen: Reinigen des Materials der Resonanzhohlraumplatte, das Material der Resonanzhohlraumplatte kann z.B. Saphirplatte, hochohmige Siliziumplatte oder Quarz-Platte sein, jedoch ist es nicht darauf beschränkt. Mit einem chemisch-mechanischen Polierverfahren können ein Verdünnen und ein doppelseitiges Polieren für das Material der Resonanzhohlraumplatte durchgeführt werden, um eine vorbestimmte Dicke und eine Spiegeloberflächenflachheit zu erhalten.
  • Schritt S940: Ausbilden eines Reflexionsspiegels mit partieller Transmission an der oberen Oberfläche oder der unteren Oberfläche der Resonanzhohlraumplatte, z.B. kann der Reflexionsspiegel ein halbdurchlässiger Reflexionsspiegel oder ein stark reflektierender Reflexionsspiegel sein.
  • Z.B. kann mit einem Elektronenstrahlverdampfungsverfahren oder thermischen Verdampfungsverfahren oder Magnetron-Sputtern-Verfahren ein Ti/Au-, Ni/Au-, Cr/Au- oder NiCr/Au-Film an der Vorderseite der Resonanzhohlraumplatte plattiert sein, wobei über die Steuerung der Dicke des Films eine Reflexionsspiegelfläche mit partieller Transmission ausgebildet wird. Optional kann eine Reflexionsspiegelfläche mit partieller Transmission an der Rückseite der Resonanzhohlraumplatte ausgebildet sein. Nur jetzt soll der Abstand zwischen dem Gitter und dem stark reflektierenden Reflexionsspiegel entsprechend eingestellt werden, so dass der Abstand zwischen dem stark reflektierenden Reflexionsspiegel und dem Totalreflexionsspiegel der Unterseite die Stehwellenbedingung erfüllt und die stehende Welle an der Stelle des zweidimensionalen Elektronengases ein Wellenabdomen ausbildet.
  • In der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung kann die Bumping-Technik oder ein Gold-Gold-Verbindungstechnik verwendet werden, um der erste Terahertz-Lichtquellenchip und die Resonanzhohlraumplatte aufeinander auszurichten, so dass sie zu einem einteiligen zweiten Terahertz-Lichtquellenchip der vorliegenden Ausführungsform werden. Um ein Integrieren zwischen dem ersten Lichtquellenchip und der Medium-Resonanzhohlraumplatte zu realisieren, werden weiter folgende Bedienungen nach dem Ausbilden der Resonanzhohlraumplatte und des Reflexionsspiegels durchgeführt:
    Mit einer ultravioletten Belichtungstechnik wird an der Rückseite des Materials der Resonanzhohlraumplatte ein Grafiktransfer des Waferbondsbereichs realisiert, nämlich wird die Grafik des Waferbondsbereichs an die Rückseite des Materials der Resonanzhohlraumplatte übertragen.
  • Anschließend wird mit einem Elektronenstrahlverdampfungsverfahren oder thermischen Verdampfungsverfahren oder Magnetron-Sputtern-Verfahren Ti/Au oder Ni/Au oder Cr/Au oder NiCr/Au an der Rückseite des Materials der Resonanzhohlraumplatte plattiert, um einen Metallbereich zum Waferbonden auszubilden.
  • Wenn eine Großblock-Resonanzhohlraumplatte ausgebildet ist, kann vor dem Integrieren zwischen dem zweidimensionalen Elektronengaschip und der Resonanzhohlraumplatte das Material der Resonanzhohlraumplatte mit einem Laserdissoziationsverfahren oder Laserschneideverfahren oder manuellen
  • Dissoziationsverfahren in jeweilige separate Resonanzhohlraumplatten unterteilt werden.
  • Im obigen Verfahren kann der Totalreflexionsspiegel 4 durch einen Reflexionsspiegel mit partieller Transmission (wie z.B. halbdurchlässigen Spiegel oder stark reflektierenden Reflexionsspiegel) ersetzt werden, während der Reflexionsspiegel mit partieller Transmission 8 durch einen Totalreflexionsspiegel ersetzt wird. Jetzt wird die erzeugte Terahertz-Wellenstrahlung vom Bodenabschnitt des Resonanzhohlraums 3 austreten, statt von einer Position oberhalb der Resonanzhohlraumplatte 7 auszutreten.
  • Außer dem Verfahren, dass die Resonanzhohlraumplatte mit dem ersten Terahertz-Lichtquellenchip fest integriert ist (nämlich hat der Terahertz-Resonanzhohlraum eine feste Hohlraumlänge), kann der Terahertz-Lichtquellenchip in der vorliegenden Ausführungsform so angeordnet sein, dass der Abstand zwischen der Resonanzhohlraumplatte und dem ersten Terahertz-Lichtquellenchip gering einstellbar ist, um die Hohlraumlänge de Terahertz-Resonanzhohlraums 3' einzustellen, so dass die Emissionsfrequenz des Terahertz-Lichts flexibel gesteuert werden kann. 12 zeigt eine schematische Schnittsansicht der mit einer Einstellvorrichtung der Resonanzhohlraumlänge versehenen Terahertz-Lichtquellenvorrichtung in einer Ausführungsform. Bei der Einstellvorrichtung für die Hohlraumlänge des Resonanzhohlraums werden eine Feder und ein Gewindepaar zum Einstellen des Abstandes zwischen dem Resonanzhohlraum 3 und der Resonanzhohlraumplatte 7 verwendet, so dass die Hohlraumlänge des Terahertz-Resonanzhohlraums 3' eingestellt wird. In 12 stellt die Einstellvorrichtung für die Hohlraumlänge des Resonanzhohlraums über ein Bewegen der Position des ersten Terahertz-Lichtquellenchips die Hohlraumlänge ein. Die Einstellvorrichtung für die Hohlraumlänge des Resonanzhohlraums umfasst: einen Rahmen, wobei der Rahmen eine Bodenplatte 13a, Seitenwände 13b, 13c und eine Oberplatte 13d umfasst; eine Chipbasis 14, die unterhalb der Struktur des ersten Terahertz-Lichtquellenchips angeordnet und mit dem ersten Terahertz-Lichtquellenchip befestigt ist (oder mit dem Resonanzhohlraum 3 befestigt); zwei Federn 15, die zwischen der Chipbasis 14 und der Bodenplatte 13a des Rahmens angeordnet sind, wobei die beiden Enden der Feder 15 jeweils an der Basis 14 und der Bodenplatte 13a befestigt sind; sowie ein an der Bodenplatte 13a angeordnetes Abstandstellelement (wie Gewindepaar) 16. Die Resonanzhohlraumplatte 7 ist in der Öffnung in der Mitte der Oberplatte eingebettet.
  • Das an der Bodenplatte 13a angeordnete Gewindepaar 16 kann durch die Bodenplatte 13a gehen und mittels der Wirkungskraft (wie Zugkraft) der Federn 15 zwischen der Chipbasis 14 und der Bodenplatte 13a auf die Chipbasis 14 wirken (die Chipbasis stoßend berührt) und kann über ein Drehung des Gewindepaars in eine Aufwärts- und Abwärtsbewegung des Gewindepaars den Abstand zwischen der Bodenplatte 13a und der Chipbasis 14 einstellen, nämlich wird der Abstand zwischen dem Resonanzhohlraum und der Resonanzhohlraumplatte eingestellt, so dass die Hohlraumlänge des Resonanzhohlraums eingestellt werden kann.
  • 13 zeigt eine schematische Schnittsansicht der mit einer Einstellvorrichtung der Resonanzhohlraumlänge versehenen Terahertz-Lichtquellenvorrichtung in einer anderen Ausführungsform. In der vorliegenden Ausführungsform stellt die Einstellvorrichtung für die Hohlraumlänge des Resonanzhohlraums über ein Bewegen der Position der Resonanzhohlraumplatte die Hohlraumlänge ein. Die Einstellvorrichtung für die Hohlraumlänge des Resonanzhohlraums umfasst: einen Rahmen, wobei der Rahmen eine Bodenplatte 13a', Seitenwände 13b', 13c' und eine Oberplatte 13d' umfasst; eine Basis der Resonanzhohlraumplatte 14', die oberhalb der Resonanzhohlraumplatte 7 angeordnet und mit der Resonanzhohlraumplatte 7 befestigt ist; zwei Federn 15, die zwischen der Basis der Resonanzhohlraumplatte 14' und der Oberplatte 13a' des Rahmens angeordnet sind, wobei die beiden Enden der Feder 15' jeweils an der Basis 14' und der Oberplatte 13a befestigt sind; sowie ein an der Oberplatte 13a' angeordnetes Abstandstellelement (wie Gewindepaar) 16'. Der Resonanzhohlraum 3 ist in der Öffnung in der Mitte der Unterplatte 13d' eingebettet.
  • Das an der Oberplatte 13a' angeordnete Gewindepaar 16' kann durch die Oberplatte 13a' gehen und mittels der Zugs-Wirkungskraft der Federn 15' zwischen der Basis der Resonanzhohlraumplatte 14' und der Oberplatte 13a' auf die Basis der Resonanzhohlraumplatte 14' wirken (die Basis der Resonanzhohlraumplatte 14' stoßend berührt) und kann über ein Drehung des Gewindepaars 16' in eine Aufwärts- und Abwärtsbewegung des Gewindepaars 16' den Abstand zwischen der Oberplatte 13a' und der Basis der Resonanzhohlraumplatte 14' einstellen, nämlich wird der Abstand zwischen dem Resonanzhohlraum 3 und der Resonanzhohlraumplatte 7 eingestellt, so dass die Hohlraumlänge des Resonanzhohlraums eingestellt werden kann. Da in der vorliegenden Ausführungsform die Basis der Resonanzhohlraumplatte 14' oberhalb der Resonanzhohlraumplatte 7 angeordnet ist und der Austritt der Terahertz-Lichtstrahlung 9 beeinflusst wird, kann die Terahertz-Lichtquellenvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform so angeordnet sein, dass sie von einer Position unterhalb des Resonanzhohlraums die Terahertz-Lichtstrahlung 9 ausstrahlt. Jetzt wird der Totalreflexionsspiegel unterhalb des Resonanzhohlraums 3 zu einem halbdurchlässigen Spiegel oder einem stark reflektierenden Reflexionsspiegel, während der halbdurchlässige Spiegel an der oberen Oberfläche oder der unteren Oberfläche der Resonanzhohlraumplatte 7 durch einen Totalreflexionsspiegel ersetzt wird.
  • Die obige Struktur zum Einstellen der Hohlraumlänge des Resonanzhohlraums mittels der Federn und des Gewindepaars ist nur beispielhaft, auf der Grundlage der vorliegenden Beschreibung können andere äquivalente Ersetzte oder Varianten sehr leicht dem Fachmann auf diesem Gebiet einfallen.
  • Der wie oben erwähnte zweite Terahertz-Lichtquellenchip kann über die Drahtbondtechnik an einem Chipsitz oder PCB verkapselt werden, so dass eine Terahertz-Lichtquellenvorrichtung ausgebildet wird. Um das aus dem Inneren des Resonanzhohlraums emittierte Terahertz-Licht weiter wirksam zu sammeln, kann die verkapselte Lichtquellenvorrichtung in einem sauerstofffreien Kupferwellenleiter hoher Leitfähigkeit integriert werden, um eine Terahertz-Lichtquellenanordnung auszubilden, wie in 11 dargestellt.

Claims (51)

  1. Terahertz-Lichtquellenchip, dadurch gekennzeichnet, dass der Terahertz-Lichtquellenchip Folgendes umfasst: eine Elektronengas-Plattformfläche; eine an der Elektronengas-Plattformfläche ausgebildete Elektrode; einen unterhalb der Elektronengas-Plattformfläche ausgebildeten Terahertz-Resonanzhohlraum, wobei an der Unterseite des Terahertz-Resonanzhohlraums ein Totalreflexionsspiegel oder ein Reflexionsspiegel mit partieller Transmission angeordnet ist; ein Gitter, wobei das Gitter an der Elektronengas-Plattformfläche angeordnet ist.
  2. Terahertz-Lichtquellenchip nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Terahertz-Lichtquellenchip weiter Folgendes umfasst: eine Resonanzhohlraumplatte, die oberhalb des Gitters angeordnet ist.
  3. Terahertz-Lichtquellenchip nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet: dass an der Unterseite des Terahertz-Resonanzhohlraums ein Totalreflexionsspiegel angeordnet ist, wobei an der oberen Oberfläche oder der unteren Oberfläche der Resonanzhohlraumplatte ein Reflexionsspiegel mit partieller Transmission ausgebildet ist; oder dass an der Unterseite des Terahertz-Resonanzhohlraums ein Reflexionsspiegel mit partieller Transmission angeordnet ist, wobei an der oberen Oberfläche oder der unteren Oberfläche der Resonanzhohlraumplatte ein Totalreflexionsspiegel ausgebildet ist.
  4. Terahertz-Lichtquellenchip nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem Reflexionsspiegel mit partieller Transmission und dem Totalreflexionsspiegel die Bedingungen der stehenden Welle erfüllt und ermöglicht, dass die stehende Welle an der Stelle des Elektronengases ein Wellenabdomen ausbildet.
  5. Terahertz-Lichtquellenchip nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Terahertz-Lichtquellenchip Folgendes umfasst: eine Elektronengas-Plattformfläche; eine an der Elektronengas-Plattformfläche ausgebildete Elektrode; einen unterhalb der Elektronengas-Plattformfläche ausgebildeten Terahertz-Resonanzhohlraum, wobei an der Unterseite des Terahertz-Resonanzhohlraums ein Totalreflexionsspiegel oder ein Reflexionsspiegel mit partieller Transmission angeordnet ist; ein Gitter, wobei das Gitter an der Elektronengas-Plattformfläche angeordnet ist. wobei die Elektrode Folgendes umfasst: eine Source-Elektrode, eine Drain-Elektrode sowie eine Gate-Elektrode, die mit der Elektronengas-Plattformfläche einen ohmschen Kontakt bilden; und wobei das Gitter als die Gate-Elektrode dient oder die Gate-Elektrode separat ausgebildet ist.
  6. Terahertz-Lichtquellenchip nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode eine Spannung angelegt ist, um einen Antriebsstrom des Elektronengases zwischen der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode zu erzeugen, so dass im Elektronengas eine Plasmawelle angeregt wird.
  7. Terahertz-Lichtquellenchip nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode angelegte Spannung verstellbar ist.
  8. Terahertz-Lichtquellenchip nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, das zwischen der Gate-Elektrode und der Elektronengas-Plattformfläche eine Potentialdifferenz besteht, wobei das Potential der Gate-Elektrode niedriger als das Potential der Elektronengas ist, um einen Tunnelstrom zwischen der Gate-Elektrode und dem Elektronengas zu erzeugen, so dass aus dem Elektronengas eine Plasmawelle angeregt wird.
  9. Terahertz-Lichtquellenchip nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Potentialdifferenz verstellbar ist.
  10. Terahertz-Lichtquellenchip nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronengas-Plattformfläche durch Elektronengasmaterial ausgebildet ist.
  11. Terahertz-Lichtquellenchip nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektronengasmaterial ein oder mehrere von folgenden Materialien sein kann: GaN/AlGaN, InAlN/GaN, GaAs/AlGaAs, InGaAs/AlGaAs, Si/SiGe, InN, Si/SiO2, Graphen und MoS2, Diamant, einschichtiges, zweischichtiges und dreischichtiges Graphen, Si/SiO2/Al-Metall-Oxid-Halbleiter, Silizium-Nanodrähte, GaAs-Nanodrähte, InGaAs-Nanodrähte, GaN-Nanodrähte, Kohlenstoff-Nanoröhren, Zinkoxid-Nanodrähte, dotiertes Silikonmaterial, dotiertes GaAs-Material, dotiertes GaN-Material, dotiertes Germaniummterial, dotiertes InGaAs-Material, dotiertes InP-Material, dotiertes SiC-Material, dotiertes Diamantmaterial und dotiertes Zinkoxid-Material.
  12. Terahertz-Lichtquellenchip nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Terahertz-Resonanzhohlraum ein flacher Resonanzhohlraum oder ein gekrümmter Resonanzhohlraum ist.
  13. Terahertz-Lichtquellenchip nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Terahertz-Lichtquellenchip Folgendes umfasst: eine Elektronengas-Plattformfläche; eine an der Elektronengas-Plattformfläche ausgebildete Elektrode; einen unterhalb der Elektronengas-Plattformfläche ausgebildeten Terahertz-Resonanzhohlraum, wobei an der Unterseite des Terahertz-Resonanzhohlraums ein Totalreflexionsspiegel oder ein Reflexionsspiegel mit partieller Transmission angeordnet ist; ein Gitter, wobei das Gitter an der Elektronengas-Plattformfläche angeordnet ist. und wobei die Dicke des Terahertz-Resonanzhohlraums kleiner als 1000 μm ist.
  14. Terahertz-Lichtquellenchip nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Totalreflexionsspiegel und der Reflexionsspiegel mit partieller Transmission eine der folgenden Strukturen haben: sphärische Struktur, ellipsoide Struktur, asphärische Struktur, asymmetrische Struktur.
  15. Terahertz-Lichtquellenchip nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Terahertz-Lichtquellenchip weiter Folgendes umfasst: eine Einstellvorrichtung, die zum Einstellen des Abstandes zwischen dem Resonanzhohlraum und der Resonanzhohlraumplatte dient.
  16. Terahertz-Lichtquellenchip nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellvorrichtung Folgendes umfasst: einen Rahmen, wobei der Rahmen eine Bodenplatte, Seitenwände, und eine Oberplatte umfasst; eine Basis, die unterhalb des Resonanzhohlraums angeordnet und mit dem Resonanzhohlraum befestigt ist; mindestens eine Feder, die zwischen der Basis und der Bodenplatte des Rahmens angeordnet ist, wobei die beiden Enden der Feder jeweils an der Basis und der Bodenplatte befestigt sind; sowie ein an der Bodenplatte angeordnetes Abstandstellelement; wobei die Resonanzhohlraumplatte in der Öffnung in der Mitte der Oberplatte eingebettet ist, und wobei das an der Bodenplatte angeordnete Abstandstellelement durch die Bodenplatte gehen und mittels der Zugkraft der Feder zwischen der Basis und der Bodenplatte auf die Basis wirken kann, so dass über eine Aufwärts- und Abwärtsbewegung des Abstandstellelements der Abstand zwischen dem Resonanzhohlraum und der Resonanzhohlraumplatte eingestellt werden kann.
  17. Terahertz-Lichtquellenchip nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstandstellelement ein Gewindepaar ist.
  18. Terahertz-Lichtquellenchip, dadurch gekennzeichnet, dass der Terahertz-Lichtquellenchip Folgendes umfasst: eine Elektronengas-Plattformfläche; eine an der Elektronengas-Plattformfläche ausgebildete Elektrode; einen unterhalb der Elektronengas-Plattformfläche ausgebildeten Terahertz-Resonanzhohlraum, wobei an der Unterseite des Terahertz-Resonanzhohlraums ein Reflexionsspiegel mit partieller Transmission angeordnet ist; ein Gitter, wobei das Gitter an der Elektronengas-Plattformfläche angeordnet ist; eine Resonanzhohlraumplatte, die oberhalb des Gitters angeordnet ist; sowie einen an der oberen Oberfläche oder der unteren Oberfläche der Resonanzhohlraumplatte ausgebildeten Totalreflexionsspiegel.
  19. Terahertz-Lichtquellenchip nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Terahertz-Lichtquellenchip weiter Folgendes umfasst: eine Einstellvorrichtung, die zum Einstellen des Abstandes zwischen dem Resonanzhohlraum und der Resonanzhohlraumplatte dient.
  20. Terahertz-Lichtquellenchip nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellvorrichtung Folgendes umfasst: einen Rahmen, wobei der Rahmen eine Bodenplatte, Seitenwände, und eine Oberplatte umfasst; eine Basis, die oberhalb der Resonanzhohlraumplatte angeordnet und mit der Resonanzhohlraumplatte befestigt ist; mindestens eine Feder, die zwischen der Basis und der Oberplatte des Rahmens angeordnet ist, wobei die beiden Enden der Feder jeweils an der Basis und der Oberplatte befestigt sind; sowie ein an der Oberplatte angeordnetes Abstandstellelement; wobei die Resonanzhohlraum in der Öffnung in der Mitte der Bodenplatte eingebettet ist, und wobei das an der Oberplatte angeordnete Abstandstellelement durch die Bodenplatte gehen und mittels der Zugkraft der Feder zwischen der Basis und der Oberplatte auf die Basis wirken kann, so dass über eine Aufwärts- und Abwärtsbewegung des Abstandstellelements der Abstand zwischen der Resonanzhohlraumplatte und dem Resonanzhohlraum eingestellt werden kann.
  21. Terahertz-Lichtquellenchip nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstandstellelement ein Gewindepaar ist.
  22. Terahertz-Lichtquellenvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Terahertz-Lichtquellenvorrichtung einen Terahertz-Lichtquellenchip nach Ansprüchen 1 bis 21 aufweist, wobei der Terahertz-Lichtquellenchip an dem Chipsitz oder der Leiterplatte verkapselt ist.
  23. Terahertz-Lichtquellenanordnung, dadurch gekennzeichnet, dass die Terahertz-Lichtquellenanordnung eine Terahertz-Lichtquellenvorrichtung nach Anspruch 22 aufweist, wobei die Terahertz-Lichtquellenvorrichtung in einem Wellenleiter integriert ist. Herstellungsverfahren des Terahertz-Lichtquellenchips, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst: Ausbilden der Elektronengas-Plattformfläche auf dem Substrat des Elektronengases; Ausbilden einer Elektrode und eines Gitters auf der Elektronengas-Plattformfläche zum Anregen der Plasmawelle; sowie Generieren des Terahertz-Resonanzhohlraums auf der Grundlage des Substrats des Elektronengases, wobei der Schritt zum Generieren des Terahertz-Resonanzhohlraums umfasst: Durchführen der Verdünnungs- und Polierungsverarbeitung des Substrats von der Rückseite des Substrats des Elektronengases, um eine vorbestimmte Dicke des Resonanzhohlraums und Ebenheit der Spiegelfläche zu erhalten; sowie Ausbilden des Totalreflexionsspiegels oder des Reflexionsspiegels mit partieller Transmission an der verdünnten polierten Rückseite des Substrat des Elektronengases.
  24. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiter Folgendes umfasst: Paralleles Integrieren einer Resonanzhohlraumplatte oberhalb des Gitters, wobei an der Unterseite des Terahertz-Resonanzhohlraums ein Totalreflexionsspiegel angeordnet ist, und wobei an der oberen Oberfläche oder der unteren Oberfläche der Resonanzhohlraumplatte ein Reflexionsspiegel mit partieller Transmission ausgebildet ist, und wobei oder an der Unterseite des Terahertz-Resonanzhohlraums ein Reflexionsspiegel mit partieller Transmission angeordnet ist, und wobei an der oberen Oberfläche oder der unteren Oberfläche der Resonanzhohlraumplatte ein Totalreflexionsspiegel ausgebildet ist.
  25. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem Reflexionsspiegel mit partieller Transmission und dem Totalreflexionsspiegel die Bedingungen der stehenden Welle erfüllt und ermöglicht, dass die stehende Welle an der Stelle des Elektronengases ein Wellenabdomen ausbildet.
  26. Verfahren zum Ausbilden des Terahertz-Lichtquellenchips, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst: Übertragen des Elektronengasmaterials an die obere Oberfläche des Terahertz-Resonanzhohlraums, und wobei die untere Oberfläche des Terahertz-Resonanzhohlraums einen Totalreflexionsspiegel oder einen Reflexionsspiegel mit partieller Transmission aufweist; Ausbilden einer Elektronengas-Plattformfläche an der oberen Oberfläche des Terahertz-Resonanzhohlraums; sowie Ausbilden einer Elektrode und eines Gitters zum Anregen der Plasmawelle auf der Elektronengas-Plattformfläche.
  27. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiter Folgendes umfasst: Paralleles Integrieren einer Resonanzhohlraumplatte oberhalb des Metallkoppelgitters, wobei an der Unterseite des Terahertz-Resonanzhohlraums ein Totalreflexionsspiegel angeordnet ist, und wobei an der oberen Oberfläche oder der unteren Oberfläche der Resonanzhohlraumplatte ein Reflexionsspiegel mit partieller Transmission ausgebildet ist, und wobei oder an der Unterseite des Terahertz-Resonanzhohlraums ein Reflexionsspiegel mit partieller Transmission angeordnet ist, und wobei an der oberen Oberfläche oder der unteren Oberfläche der Resonanzhohlraumplatte ein Totalreflexionsspiegel ausgebildet ist.
  28. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem Reflexionsspiegel mit partieller Transmission und dem Totalreflexionsspiegel die Bedingungen der stehenden Welle erfüllt und ermöglicht, dass die stehende Welle an der Stelle des Elektronengases ein Wellenabdomen ausbildet.
  29. Herstellungsverfahren des Terahertz-Lichtquellenchips, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst: Ausbilden einer zweidimensionalen Elektronengas-Plattformfläche auf dem Substrat des zweidimensionalen Elektronengases; Ausbilden einer Elektrode und eines Metallkoppelgitter auf der zweidimensionalen Elektronengas-Plattformfläche zum Anregen der Plasmawelle; sowie Generieren des Terahertz-Resonanzhohlraums auf der Grundlage des Substrats des zweidimensionalen Elektronengases, wobei der Schritt zum Generieren des Terahertz-Resonanzhohlraums Folgendes umfasst: Durchführen der Verdünnungs- und Polierungsverarbeitung des Substrats von der Rückseite des Substrats des zweidimensionalen Elektronengases, um eine vorbestimmte Dicke des Resonanzhohlraums und Ebenheit der Spiegelfläche zu erhalten; sowie Ausbilden eines Reflexionsspiegels mit partieller Transmission an der verdünnten polierten Rückseite des Substrat des zweidimensionalen Elektronengases; sowie Integrieren einer Resonanzhohlraumplatte oberhalb des Metallkoppelgitters, wobei an der oberen Oberfläche oder der unteren Oberfläche der Resonanzhohlraumplatte ein Totalreflexionsspiegel ausgebildet ist.
  30. Verfahren zum Herstellen der Terahertz-Lichtquellenvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren umfasst: Verkapseln eines mittels des Verfahrens nach Ansprüchen 24 bis 30 hergestellten Terahertz-Lichtquellenchips an einem Chipsitz oder einer Leiterplatte, um eine Terahertz-Lichtquellenvorrichtung auszubilden.
  31. Verfahren zum Ausbilden der Terahertz-Lichtquellenanordnung, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren Folgendes umfasst: Integrieren einer mittels des Verfahrens nach Anspruch 31 ausgebildeten Terahertz-Lichtquellenvorrichtung und eines Terahertz-Wellenleiters, um eine Terahertz-Lichtquellenanordnung auszubilden.
  32. Plasmonanregungsverfahren, dadurch gekennzeichnet, dass die Tunnelelektronen ins Elektronengas eingegossen werden.
  33. Plasmonanregungsverfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Tunnelelektronen über eine zwischen der Elektrode und dem Elektronengaskanal angelegte Potentialdifferenz eingegossen werden.
  34. Plasmonanregungsverfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode eine Gate-Elektrode ist.
  35. Plasmonanregungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Plasmonanregungsvorrichtung aufweist: eine Elektrode; einen Elektronengaskanal; sowie eine Sperrschicht zwischen der Elektrode und dem Elektronengaskanal; wobei zwischen der Elektrode und dem Elektronengaskanal eine Potentialdifferenz besteht, und wobei das Potential der Elektrode niedriger als das Potential des Elektronengaskanals ist.
  36. Plasmonanregungsvorrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode eine Gate-Elektrode ist.
  37. Plasmonanregungsvorrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrschicht ein Halbleitermaterial oder eine Vakuumschicht oder ein Quantentopfmaterial ist.
  38. Plasmonanregungsvorrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Potentialdifferenz dadurch ausgebildet ist, dass eine negative Spannung, eine positive Spannung oder eine Null-Spannung an die Elektrode angelegt ist.
  39. Terahertz-Starkkoppelungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Terahertz-Starkkoppelungsvorrichtung ein Gitter und einen Terahertz-Resonanzhohlraum umfasst, wobei das Gitter sich oberhalb des Terahertz-Resonanzhohlraums befindet.
  40. Terahertz-Starkkoppelungsvorrichtung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Terahertz-Resonanzhohlraums kleiner als 1000 μm ist.
  41. Terahertz-Starkkoppelungsvorrichtung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass der Gitterabstand kleiner als 50 μm ist.
  42. Terahertz-Starkkoppelungsvorrichtung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass der einzustellende Abstand des Intervalls zwischen dem Elektronengaskanal und dem Gitter 1nm bis 100nm beträgt.
  43. Terahertz-Starkkoppelungsvorrichtung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterlänge kleiner als 50 μm ist.
  44. Terahertz-Starkkoppelungsvorrichtung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterperiode kleiner als 10 μm ist.
  45. Terahertz-Starkkoppelungsvorrichtung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass der Terahertz-Resonanzhohlraum ein flacher Resonanzhohlraum oder ein gekrümmter Resonanzhohlraum ist.
  46. Terahertz-Starkkoppelungsvorrichtung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Terahertz -Resonanzhohlraums ein oder mehrere von folgenden Materialien ist: Saphir, Quarzkristall, einkristallines Silizium hohen Widerstandes.
  47. Terahertz-Starkkoppelungsvorrichtung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass an der Unterseite des Terahertz Resonanzhohlraums ein Totalreflexionsspiegel oder ein Reflexionsspiegel mit partieller Transmission angeordnet ist.
  48. Terahertz-Starkkoppelungsvorrichtung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Terahertz-Starkkoppelungsvorrichtung weiter eine Resonanzhohlraumplatte umfasst, die oberhalb des Gitters angeordnet ist, wobei die Resonanzhohlraumplatte und der Terahertz-Resonanzhohlraum sich jeweils an den beiden Seiten des Gitters befinden.
  49. Terahertz-Starkkoppelungsvorrichtung nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, dass an der Unterseite des Terahertz-Resonanzhohlraums ein Totalreflexionsspiegel angeordnet ist, wobei an der oberen Oberfläche oder der unteren Oberfläche der Resonanzhohlraumplatte ein Reflexionsspiegel mit partieller Transmission ausgebildet ist; oder dass an der Unterseite des Terahertz-Resonanzhohlraums ein Reflexionsspiegel mit partieller Transmission angeordnet ist, wobei an der oberen Oberfläche oder der unteren Oberfläche der Resonanzhohlraumplatte ein Totalreflexionsspiegel ausgebildet ist.
  50. Terahertz-Starkkoppelungsvorrichtung nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem Reflexionsspiegel mit partieller Transmission und dem Totalreflexionsspiegel die Bedingungen der stehenden Welle erfüllt und ermöglicht, dass die stehende Welle an der Stelle des Elektronengases ein Wellenabdomen ausbildet.
  51. Terahertz-Starkkoppelungsvorrichtung nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, dass der Totalreflexionsspiegel und der Reflexionsspiegel mit partieller Transmission Fläche eine der folgenden Strukturen haben: sphärische Struktur, ellipsoide Struktur, asphärische Struktur, asymmetrische Struktur.
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