KR101868147B1 - Integrated antenna device module for generating terahertz continous wave and fabrication method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판의 전면에 광전도체 박막을 형성하는 단계; 광전도체 박막을 패터닝하여 광전도체 박막 패턴을 형성하는 단계; 및 광전도체 박막 패턴에 금속전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Forming a photoconductor thin film on the front surface of the substrate; Forming a photoconductor thin film pattern by patterning the photoconductor thin film; And forming a metal electrode on the photoconductor thin film pattern.

Description

테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈 및 그 제조방법{INTEGRATED ANTENNA DEVICE MODULE FOR GENERATING TERAHERTZ CONTINOUS WAVE AND FABRICATION METHOD THEREOF}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an integrated antenna device module for generating a terahertz continuous wave, and a manufacturing method thereof. [0002]

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

테라헤르츠 대역(100 GHz ~ 10 THz)은 광파와 전파의 경계의 영역에 존재하며 기술적으로 뒤늦게 개발된 주파수 대역으로 테라헤르츠 대역을 개척하기 위해 최신의 레이저 기술과 반도체 기술을 사용하는 새로운 전자기파 기술로 발전하였다. 테라헤르츠 전자파는 펨토초 광펄스에 의한 초고속 광전도 안테나(스위치)를 이용한 펄스파 형태와 광믹서 기반의 옵티칼 헤테로다인 방식을 이용한 연속파 형태로 발진된다. The terahertz band (100 GHz to 10 THz) is a new electromagnetic wave technology using the latest laser technology and semiconductor technology to pioneer the terahertz band in the boundary of the light wave and the radio wave, Respectively. Terahertz electromagnetic waves are oscillated in the form of a continuous wave using a pulsed wave type optical fiber and an optical heterodyne based optical mixer using an ultra high speed photoelectric antenna (switch) with femtosecond pulses.

테라헤르츠 대역 연속파 시스템은 펄스파 테라헤르츠 시스템에 비하여 주파수 선택도, 가격, 크기, 그리고 측정 시간 등의 강점으로 인해 테라헤르츠 분광학이나 이미징 측정 시스템으로 많은 관심을 받고 있다. Terahertz continuous wave systems are attracting much interest as terahertz spectroscopy or imaging measurement systems due to their advantages such as frequency selectivity, price, size, and measurement time as compared to the pulse-sputtering terahertz system.

옵티칼 헤테로다인 방식의 연속파는 강도가 같으면서 주파수가 약간 다른 두 개의 연속파 레이저 빔을 캐리어 수명이 피코초 이하로 짧은 LTG-GaAs(Low Temperature Grown GaAs)와 같은 광전도성 박막 위에 형성된 광믹서에 파면을 정렬하여 입사시키면, 차주파수에 해당하는 테라헤르츠 대역의 전류변조가 일어나고, 생성된 전류는 안테나를 통하여 테라헤르츠 대역 전자기파로 방사된다. Continuous waves of optical heterodyne method are arranged in an optical mixer formed on a photoconductive thin film such as LTG-GaAs (Low Temperature Grown GaAs) whose carrier lifetime is shorter than picoseconds The current modulation in the terahertz band corresponding to the difference frequency occurs and the generated current is radiated into the terahertz band electromagnetic wave through the antenna.

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

특히 고저항 실리콘은 테라헤르츠 연속파에 대한 투과도가 매우 높은 소재로서, 기존의 GaAs 기판에 의한 흡수를 최소화할 수 있어 보다 강한 테라헤르츠 연속파 신호를 얻을 수 있다.In particular, high-resistance silicon has a high transmittance to a continuous terahertz wave, which can minimize the absorption by a conventional GaAs substrate and thus obtain a stronger terahertz continuous wave signal.

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

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

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

특히, 부착시 일부의 공간이 있을 경우 공기 층에 의한 테라헤르츠 연속파의 산란이 발생하는데, 이는 테라헤르츠 신호 잡음의 원인이 되고, 정확한 분광이나 영상을 얻을 수 없게 되는 문제점이 있다.In particular, when there is a part of the space at the time of attachment, a terahertz continuous wave is scattered by the air layer, which causes terahertz signal noise, and accurate spectroscopy or image can not be obtained.

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

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

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

본 발명의 상기 기판은 고저항 실리콘 기판 또는 InP 기판인 것을 특징으로 한다.The substrate of the present invention is characterized by being a high-resistance silicon substrate or an InP substrate.

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

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

본 발명의 상기 기판에 방사 방향으로 링 형태로 형성되어 표면파를 차단하고 방사 에너지를 집속시키는 전력 향상 안테나를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.And a power enhancement antenna formed on the substrate of the present invention in a ring shape in a radial direction to cut off surface waves and focus radiation energy.

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

본 발명의 상기 집속 정렬 메타소재 렌즈에 형성되어 상기 집속 정렬 메타소재 렌즈로부터 방사되는 테라헤르츠 연속파의 지향성 특성과 물체의 3차원 영상을 얻을 수 있도록 하는 초반구형 집속렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention further includes a spherical focusing lens formed on the focusing and aligning meta-material lens of the present invention to obtain a directivity characteristic of a terahertz continuous wave radiated from the focusing-alignment meta-material lens and a three-dimensional image of the object .

본 발명의 상기 초반구형 집속렌즈는 고저항 실리콘으로 형성되는 것을 특징으로 한다.The initial spherical focusing lens of the present invention is characterized by being formed of high resistance silicon.

본 발명의 상기 초반구형 집속렌즈와 이격되어 상기 초반구형 집속렌즈로부터 방사되는 테라헤르츠 연속파를 집속시키는 테라헤르츠파 집속렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.And a terahertz wave focusing lens that focuses the terahertz continuous wave radiated from the initial spherical focusing lens at a distance from the initial spherical focusing lens of the present invention.

본 발명의 상기 집속 메타소재 렌즈에 설치되어 상기 집속 메타소재 렌즈의 테라헤르츠 연속파를 방사하는 혼 안테나를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.And a horn antenna provided in the converging meta-material lens of the present invention and radiating a terahertz continuous wave of the converging meta-material lens.

본 발명에서, 상기 집속 메타소재 렌즈와 이격되고 상기 집속 메타소재 렌즈의 초점을 조절하여 물체의 3차원 영상을 얻을 수 있도록 하는 초점을 조절하는 집속 정렬 메타소재 렌즈; 및 상기 집속 정렬 메타소재 렌즈에 설치되어 상기 집속 정렬 메타소재 렌즈로부터 방사되는 테라헤르츠 연속파를 방사하는 혼 안테나를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.A focusing alignment meta-material lens spaced from the focusing meta-material lens and adjusting a focal point for adjusting a focus of the focusing meta-material lens to obtain a three-dimensional image of the object; And a horn antenna provided in the focusing alignment meta-material lens and radiating a terahertz continuous wave radiated from the focusing alignment meta-material lens.

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

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

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

본 발명의 상기 기판은 고저항 실리콘 기판 또는 InP 기판인 것을 특징으로 한다.The substrate of the present invention is characterized by being a high-resistance silicon substrate or an InP substrate.

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

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

본 발명은 광전도체 박막을 직접 실리콘 렌즈에 증착 및 메타소재 렌즈를 실리콘 기판에 구현함으로써, 전체 제작공정을 단순화하고 오류 발생의 소지를 제거할 수 있으므로 시간과 경비를 절감한다.The present invention simplifies the overall fabrication process and eliminates the possibility of errors by depositing a photoconductor thin film directly on a silicon lens and implementing a meta-material lens on a silicon substrate, thereby saving time and expense.

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

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

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

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

본 발명의 실시예에 따른 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈은 광전도 안테나에 전력향상 안테나와 기존의 광학렌즈가 기자고 있는 해상도 한계를 극복하는 메타소재 렌즈를 포함한다. 이하, 도 1 내지 도 11 을 참조하여 상세하게 설명한다.The integrated antenna element module for generating a terahertz continuous wave according to an exemplary embodiment of the present invention includes a power enhancement antenna and a meta-material lens that overcomes the resolution limitations of conventional optical lenses. Hereinafter, this will be described in detail with reference to Figs. 1 to 11. Fig.

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

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

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

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

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

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

단결정 InGaAs에 주입되는 이온(14)은 Br+, Fe+, O+, N+, Au+ 등이 사용될 수 있다. 이때 사용되는 에너지(Energy), 주입량(Does), 주입각도(Angle)은 이온(14)의 질량에 따라 변화할 수 있고, 저항(Resistivity), 홀 이동성(Hole mobility), 캐리어 수명(Carrier life time)에 따라 다양하게 적용될 수 있다.The ions 14 injected into the single crystal InGaAs may be Br + , Fe + , O + , N + , Au +, or the like. The energy, implantation, and angle of implantation may vary depending on the mass of the ion 14 and may vary depending on the resistivity, hole mobility, carrier life time, ) Can be variously applied.

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

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

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

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

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

이 광전류는 극초단 펄스에 의해 극히 짧은 시간 동안 흐르며, 이때 광전류의 변화에 의해 전자기장을 형성하는데, 광전하의 이동시간이 피코초 수준에 이를 정도로 짧을 때에 이 전자기장은 테라헤르츠파가 된다. This photocurrent flows for a very short period of time with an ultrashort pulse, which forms an electromagnetic field by the change of the photocurrent, which becomes a THz wave when the transfer time of the photoelectric charge is short enough to reach the picosecond level.

광전도체 박막 패턴(11)에서 테라헤르츠 연속파가 발생하면, 테라헤르츠 연속파의 대부분은 집속 메타소재 렌즈(13)의 방향으로 방사된다. When a terahertz continuous wave occurs in the photoconductor thin film pattern 11, most of the terahertz continuous waves are radiated toward the focusing meta-material lens 13.

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

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

Figure 112011083297117-pat00001
)의 물질이 광전도체 박막 패턴(11)과 집속 메타소재 렌즈(13)에 채용될 수 있다. 참고로, ε는 유전율이고, μ는 투과율이며, n은 굴절율이다. 이는 나머지 실시예들에 대해서도 동일하게 적용된다.In the first embodiment described above, it is advantageous for the focusing meta-material lens 13, which overcomes the resolution limitations of the photoconductor thin film pattern 11 and the optical lens, to maintain a high transmittance and a high refractive index. Referring to FIG. 2, in a region where the refractive index and the magnetic permeability are high (?>0,?> 0,
Figure 112011083297117-pat00001
May be employed in the photoconductor thin film pattern 11 and the focusing meta-material lens 13. For reference,? Is a permittivity,? Is a transmittance, and n is a refractive index. This applies equally to the remaining embodiments.

이하, 본 발명의 제2내지 제9실시예에서 제1실시예와 동일한 부분에 대해서는 그 상세한 설명을 생략한다.In the second to ninth embodiments of the present invention, the same parts as those in the first embodiment will not be described in detail.

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

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

집속 정렬 메타소재 렌즈(14)는 도 3 에 도시된 바와 같이, 집속 메타소재 렌즈(13)와 이격되게 설치되며 초점 거리를 조절함으로써, 집속 메타소재 렌즈(13)에서 방사되는 에너지를 최적화한다.The focusing alignment meta-material lens 14 is spaced apart from the focusing meta-material lens 13 as shown in Fig. 3 and optimizes the energy radiated from the focusing meta-material lens 13 by adjusting the focal distance.

테라헤르츠 연속파는 전파 투과성을 가지고 있다. 이러한 특성에 따라, 집속 정렬 메타소재 렌즈(14)의 초점 거리를 조절하여 물체에 투과함으로써, 가시영역에서 보이지 않는 부분을 볼 수 있게 되고, 높은 해상도로 물체의 3차원 영상을 얻을 수 있게 된다.Terahertz continuous wave has radio wave permeability. According to this characteristic, by controlling the focal length of the convergent alignment meta-material lens 14 and passing through the object, it is possible to see the invisible portion in the visible region, and a three-dimensional image of the object can be obtained with high resolution.

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

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

초반구형 집속렌즈(15)는 도 4 에 도시된 바와 같이, 초반구형으로 형성되어 집속 정렬 메타소재 렌즈(14)에 설치되므로, 집속 정렬 메타소재 렌즈(14)로부터 방사되는 테라헤르츠 연속파를 일정 방향으로 집속시키고 정합을 더욱 용이하게 한다. As shown in FIG. 4, since the initial spherical focusing lens 15 is formed in the initial spherical shape and is installed in the focusing alignment-arranged meta-material lens 14, the terahertz continuous wave radiated from the focusing- Lt; RTI ID = 0.0 > and / or < / RTI >

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

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

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

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

테라헤르츠 집속렌즈(16)는 도 5 에 도시된 바와 같이, 초반구형 집속렌즈(15)와 소정 거리 만큼 이격되어 초점 거리를 조정함으로써, 테라헤르츠 연속파의 방사손실을 감소시키고, 테라헤르츠 연속파의 공간 해상도를 향상시킨다.The terahertz focusing lens 16 reduces the radiation loss of the terahertz continuous wave by adjusting the focal distance by a predetermined distance from the initial spherical focusing lens 15, as shown in Fig. 5, Improves resolution.

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

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

혼 안테나(17)는 도 6 에 도시된 바와 같이, 집속 메타소재 렌즈(13)에 설치되어 집속 메타소재 렌즈(13)에서 방사되는 테라헤르츠 연속파의 지향성을 향상시킨다. 6, the horn antenna 17 is provided on the converging meta-material lens 13 to improve the directivity of the terahertz continuous wave radiated from the converging meta-material lens 13.

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

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

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

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

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

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

본 발명의 제7실시예에 따른 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈은 기판(1) 상에 광전도 안테나(10)와 방사 형태로 다수 개가 배치되는 전력향상 안테나(110)를 포함한다. The integrated antenna element module for generating a terahertz continuous wave according to the seventh embodiment of the present invention includes a photovoltaic antenna 10 on a substrate 1 and a plurality of power enhancement antennas 110 arranged in radial form.

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

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

보우타이 안테나(100)는 도 8 에 도시된 바와 같이, 기판(140)의 중심에 위치하고, 전력향상 안테나(110)는 보우타이 안테나(100)의 주변에 링 형태로 다수 개가 분포된다.8, the bowtie antenna 100 is located at the center of the substrate 140, and a plurality of power enhancement antennas 110 are distributed around the bowtie antenna 100 in the form of a ring.

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

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

따라서, 보우타이 안테나(100)의 방사방향과 전력향상 안테나(110)의 길이, 전력향상 안테나(110) 간에 간격, 전력향상 안테나(110)의 폭 및 전력향상 안테나(110)의 형성 각도를 최적화하여 종래의 광전도 안테나 보다 안테나 정합을 더욱 용이하게 할 수 있다. Therefore, it is possible to optimize the radiation direction of the bow tie antenna 100, the length of the power enhancement antenna 110, the gap between the power enhancement antennas 110, the width of the power enhancement antenna 110, So that the antenna matching can be made easier than with the conventional photoconductive antenna.

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

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

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

본 발명의 제8실시예에 따른 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈에서, 전력향상 안테나(210)의 패턴은 보우타이 안테나(200)의 방사방향, 전력향상 안테나(210)의 길이, 전력향상 안테나(210) 간에 간격, 전력향상 안테나(210)의 폭 및 전력향상 안테나(210)의 형성 각도를 최적화시켜 종래의 광전도 안테나(10) 보다 안테나의 정합을 더욱 용이하게 한다.In the integrated antenna element module for generating a terahertz continuous wave according to the eighth embodiment of the present invention, the pattern of the power enhancement antenna 210 is determined by the radiation direction of the bow tie antenna 200, the length of the power enhancement antenna 210, The spacing between the enhancement antennas 210, the width of the power enhancement antenna 210, and the angle of formation of the power enhancement antenna 210 are optimized to facilitate matching of the antennas with respect to the conventional photoelectric antenna 10.

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

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

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

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

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

통상, 다이폴 안테나는 입력저항이 높고 대역폭이 좁고, 보우타이 안테나는 대역폭이 높고 입력저항이 낮은 특징을 가진다. Generally, a dipole antenna has a high input resistance and a narrow bandwidth, and a bowtie antenna has a high bandwidth and a low input resistance.

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

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

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

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

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

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 메타소재 렌즈는 종래의 광학렌즈에 비해 높은 해상도를 얻을 수 있다.As described above, the meta-material lens according to the embodiment of the present invention can obtain higher resolution than the conventional optical lens.

도 12 내지 도 20 는 본 발명의 제1실시예에 따른 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈의 광전도 안테나 제조방법을 도시한 도면이다.12 to 20 are views showing a method of manufacturing a photovoltaic antenna of an integrated type antenna element module for generating terahertz continuous waves according to a first embodiment of the present invention.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

이 경우, 금속전극(12)은 기판(1) 후면에 형성된 집속 메타소재 렌즈(13)와 동일한 기판(1)에 그 중심부를 맞추어 공정을 수행하므로, 별도의 정렬과정을 거칠 필요가 없다.In this case, since the metal electrode 12 is processed by aligning its central portion with the substrate 1 which is the same as the focusing meta-material lens 13 formed on the rear surface of the substrate 1, there is no need for a separate alignment process.

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

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

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

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

본 발명의 제2실시예에 따른 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈의 광전도 안테나(10)의 제조방법은 광전도체 박막 패턴(11)을 단결정 InGaAs를 이용하여 제조하는 방법이다. 이 외에는 제1실시예와 동일하며, 동일한 부분은 그 상세한 설명을 생략한다. The method of manufacturing the photoconductive antenna 10 of the integrated antenna element module for generating the terahertz continuous wave according to the second embodiment of the present invention is a method of manufacturing the photoconductor thin film pattern 11 using single crystal InGaAs. The other parts are the same as those of the first embodiment, and detailed description of the same parts is omitted.

본 발명의 제2실시예에 따른 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈의 광전도 안테나(10)의 제조방법은 광전도체 박막(11a)을 단결정 InGaAs를 채용함으로써, 도 21 내지 도 30 에 도시된 바와 같이, 광전도체 박막(11a)에 이온(14)을 추가적으로 주입한다.The method of manufacturing the photoconductive antenna 10 of the integrated antenna element module for generating a terahertz continuous wave according to the second embodiment of the present invention is the same as the method of manufacturing the photoconductive antenna 10 shown in Figs. 21 to 30 Ions 14 are additionally injected into the photoconductor thin film 11a.

이때, 주입되는 이온(14)은 Br+, Fe+, O+, N+, Au+ 등이 사용될 수 있으며, 사용되는 에너지(Energy), 주입량(Does), 주입각도(Angle)은 이온(14)의 질량에 따라 변화할 수 있고, 저항(Resistivity), 홀 이동성(Hole mobility), 캐리어 수명(Carrier life time)에 따라 다양하게 적용될 수 있다. The energy to be injected, the dose to be injected, and the angle of implantation may be varied depending on the mass of the ions 14, and the energy to be injected may be Br +, Fe +, O +, N +, Au + And can be variously applied according to resistivity, hole mobility, and carrier life time.

이와 같이, 단결정 InGaAs의 광전도체 박막(11a)을 형성한 후에는 도 23 내지 도 27 에 도시된 바와 같이, 집속 메타소재 렌즈(13)를 형성하고, 이후 도 28 내지 도 30 에 도시된 바와 같이, 금속전극(12)을 형성한다. After the photoconductor thin film 11a of single crystal InGaAs is formed as described above, the converging meta-material lens 13 is formed as shown in Figs. 23 to 27, and then, as shown in Figs. 28 to 30 , And a metal electrode (12) are formed.

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

이를 통해, 후면에 집속 메타소재 렌즈(13)를 형성하고, 전면에 광전도체 박막 패턴(11)을 형성함으로써, 기판(1) 사용을 줄일 수 있고, 제조 공정 단계가 간단해짐에 따라 시간 및 가격을 절감할 수 있으며, 금속전극(12)과 집속 메타소재 렌즈(13) 정렬시 오차를 줄일 수 있다.Accordingly, the use of the substrate 1 can be reduced by forming the converging meta-material lens 13 on the rear surface and the photoconductor thin film pattern 11 on the front surface, and as the manufacturing process steps become simple, And it is possible to reduce errors when the metal electrode 12 and the focusing meta-material lens 13 are aligned.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation, I will understand. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the following claims.

1,140,240,340: 기판 10: 광전도 안테나
11: 광전도체 박막 패턴 12: 금속전극
13: 집속 메타소재 렌즈 14: 집속 정렬 메타소재 렌즈
15: 초반구형 집속렌즈 16: 테라헤르츠파 집속렌즈
17: 혼 안테나 18: 이온
100,200,300: 보우타이 안테나 110,210,310: 전력향상 안테나
120,220,320: 바이어스 패드 1, 140, 240, 340: substrate 10: photoconductive antenna
11: photoconductor thin film pattern 12: metal electrode
13: Focusing meta material lens 14: Focusing alignment meta material lens
15: Early spherical focusing lens 16: Terahertz wave focusing lens
17: Horn antenna 18: ion
100, 200, 300: bowtie antenna 110, 210, 310: power enhancement antenna
120,220,320: Bias pad

Claims (17)

기판의 전면에 직접 증착되어 테라헤르츠 연속파를 발생시키는 광전도체 박막 패턴;
상기 광전도체 박막 패턴에 형성되어 상기 광전도체 박막 패턴에 DC 바이어스 전압을 인가하는 금속 전극; 및
상기 기판의 후면에 형성되어 상기 광전도체 박막 패턴에서 방사되는 테라헤르츠 연속파를 집속시키는 집속 메타소재 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈.A photoconductor thin film pattern directly deposited on a front surface of a substrate to generate a terahertz continuous wave;
A metal electrode formed on the photoconductor thin film pattern and applying a DC bias voltage to the photoconductor thin film pattern; And
And a focusing meta-material lens formed on a rear surface of the substrate and focusing the terahertz continuous wave radiated from the photoconductor thin film pattern. 제 1 항에 있어서, 상기 기판은 고저항 실리콘 기판 또는 InP 기판인 것을 특징으로 하는 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈.2. The integrated antenna device module for generating terahertz continuous waves according to claim 1, wherein the substrate is a high-resistance silicon substrate or an InP substrate. 제 1 항에 있어서, 상기 광전도체 박막 패턴은 다결정 InGaAs 박막인 것을 특징으로 하는 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈.The integrated antenna module according to claim 1, wherein the photoconductor thin film pattern is a polycrystalline InGaAs thin film. 제 1 항에 있어서, 상기 광전도체 박막 패턴은 이온 주입된 단결정 InGaAs 박막인 것을 특징으로 하는 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈.The integrated antenna module according to claim 1, wherein the photoconductor thin film pattern is an ion-implanted single crystal InGaAs thin film. 제 1 항에 있어서, 상기 기판에 방사 방향으로 링 형태로 형성되어 표면파를 차단하고 방사 에너지를 집속시키는 전력 향상 안테나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈.The integrated antenna module according to claim 1, further comprising a power enhancement antenna formed on the substrate in a ring shape in a radial direction to cut off surface waves and focus radiation energy. 제 1 항에 있어서, 상기 집속 메타소재 렌즈와 이격되어 상기 집속 메타소재 렌즈의 초점을 조절하여 물체의 3차원 영상을 얻을 수 있도록 하는 집속 정렬 메타소재 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈.The apparatus of claim 1, further comprising a convergent alignment meta-material lens spaced apart from the focusing meta-material lens to obtain a three-dimensional image of an object by adjusting a focal point of the focusing meta-material lens, Integrated antenna device module for generating. 제 6 항에 있어서, 상기 집속 정렬 메타소재 렌즈에 형성되어 상기 집속 정렬 메타소재 렌즈로부터 방사되는 테라헤르츠 연속파의 지향성 특성과 물체의 3차원 영상을 얻을 수 있도록 하는 초반구형 집속렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈.[7] The apparatus of claim 6, further comprising a spherical focusing lens formed on the focusing-aligned meta-material lens to obtain a directivity characteristic of a terahertz continuous wave radiated from the focusing-aligned meta-material lens and a three- Integrated antenna device module for generating terahertz continuous waves. 제 7 항에 있어서, 상기 초반구형 집속렌즈는 고저항 실리콘으로 형성되는 것을 특징으로 하는 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈.8. The integrated antenna device module according to claim 7, wherein the initial spherical focusing lens is formed of high-resistance silicon. 제 8 항에 있어서, 상기 초반구형 집속렌즈와 이격되어 상기 초반구형 집속렌즈로부터 방사되는 테라헤르츠 연속파를 집속시키는 테라헤르츠파 집속렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈.9. The integrated type antenna device for generating terahertz continuous waves according to claim 8, further comprising a terahertz wave focusing lens for focusing the terahertz continuous wave radiated from the initial spherical focusing lens, module. 제 1 항에 있어서, 상기 집속 메타소재 렌즈에 설치되어 상기 집속 메타소재 렌즈의 테라헤르츠 연속파를 방사하는 혼 안테나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈.[3] The integrated antenna module according to claim 1, further comprising a horn antenna mounted on the focusing meta-material lens and radiating a terahertz continuous wave of the focusing meta-material lens. 제 1 항에 있어서,
상기 집속 메타소재 렌즈와 이격되고 상기 집속 메타소재 렌즈의 초점을 조절하여 물체의 3차원 영상을 얻을 수 있도록 하는 초점을 조절하는 집속 정렬 메타소재 렌즈; 및
상기 집속 정렬 메타소재 렌즈에 설치되어 상기 집속 정렬 메타소재 렌즈로부터 방사되는 테라헤르츠 연속파를 방사하는 혼 안테나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈.The method according to claim 1,
A focusing alignment meta-material lens spaced from the focusing meta-material lens and adjusting focus to adjust a focus of the focusing meta-material lens to obtain a three-dimensional image of the object; And
Further comprising a horn antenna mounted on the focusing-aligned meta-material lens and radiating a terahertz continuous wave radiated from the focusing-aligned meta-material lens. 기판의 전면에 광전도체 박막을 직접 증착하는 단계;
상기 광전도체 박막을 패터닝하여 광전도체 박막 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 광전도체 박막 패턴에 금속전극을 형성하는 단계를 포함하는 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈의 제조방법.Directly depositing a photoconductor thin film on the entire surface of the substrate;
Forming a photoconductor thin film pattern by patterning the photoconductor thin film; And
And forming a metal electrode on the photoconductor thin film pattern. A method of manufacturing an integrated antenna device module for generating a terahertz continuous wave, 제 12 항에 있어서,
상기 기판의 후면에 제1금속패턴을 형성하는 단계;
상기 기판의 후면과 상기 제1금속패턴 위에 제1질화막을 형성하는 단계;
상기 제1질화막 위에 제2금속패턴을 형성하는 단계; 및
상기 제1질화막과 상기 제2금속패턴 위에 제2질화막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈의 제조방법.13. The method of claim 12,
Forming a first metal pattern on a rear surface of the substrate;
Forming a first nitride layer on the rear surface of the substrate and the first metal pattern;
Forming a second metal pattern on the first nitride layer; And
And forming a second nitride layer on the first nitride layer and the second metal layer. The method of claim 1, wherein the second nitride layer is formed on the first nitride layer. 제 12 항에 있어서, 상기 기판의 전면과 상기 광전도체 박막 패턴 위에 제3질화막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈의 제조방법.13. The method of claim 12, further comprising forming a third nitride layer on the front surface of the substrate and the photoconductor thin film pattern. 제 12 항에 있어서, 상기 기판은 고저항 실리콘 기판 또는 InP 기판인 것을 특징으로 하는 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈의 제조방법.13. The method of claim 12, wherein the substrate is a high-resistance silicon substrate or an InP substrate. 제 12 항에 있어서, 상기 광전도체 박막 패턴은 다결정 InGaAs 박막인 것을 특징으로 하는 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈의 제조방법.13. The method of claim 12, wherein the photoconductor thin film pattern is a polycrystalline InGaAs thin film. 제 12 항에 있어서, 상기 광전도체 박막 패턴은 이온 주입된 단결정 InGaAs 박막인 것을 특징으로 하는 테라헤르츠 연속파 발생용 집적형 안테나 소자 모듈의 제조방법. 13. The method of claim 12, wherein the photoconductor thin film pattern is an ion implanted single crystal InGaAs thin film.
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