KR102230001B1 - Large caliber array type terahertz wave generating device having photonic crystal structure - Google Patents

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Abstract

포토닉 크리스탈 구조의 대구경 테라헤르츠 발생 장치는 제1 방향으로 확장된 제1 라인 패턴, 상기 제1 라인 패턴과 연결되고 상기 제1 방향과 교차된 제2 방향으로 확장된 복수의 제2 라인 패턴들 및 상기 제1 라인 패턴과 연결되고 상기 제2 방향으로 확장되고 상기 복수의 제2 라인 패턴들의 사이에 위치되고 상기 제2 라인 패턴들에 비해 긴 길이를 갖는 복수의 제3 라인 패턴들을 포함하는 제1 전극; 및 상기 제1 방향으로 확장된 제4 라인 패턴, 상기 제4 라인 패턴과 연결되고 상기 제2 방향으로 확장된 복수의 제5 라인 패턴들 및 상기 제4 라인 패턴과 연결되고 상기 제2 방향으로 확장되고 상기 복수의 제5 라인 패턴들의 사이에 위치되고 상기 제5 라인 패턴들에 비해 긴 길이를 갖는 복수의 제6 라인 패턴들을 포함하고, 상기 제1 전극과 마주하여 배치된 제2 전극을 포함한다.A large-diameter terahertz generator having a photonic crystal structure includes a first line pattern extending in a first direction, a plurality of second line patterns connected to the first line pattern and extending in a second direction crossing the first direction. And a plurality of third line patterns connected to the first line pattern, extending in the second direction, positioned between the plurality of second line patterns, and having a longer length than the second line patterns. 1 electrode; And a fourth line pattern extending in the first direction, a plurality of fifth line patterns connected to the fourth line pattern and extending in the second direction, and connected to the fourth line pattern, and extending in the second direction. And a plurality of sixth line patterns positioned between the plurality of fifth line patterns and having a length longer than that of the fifth line patterns, and a second electrode disposed to face the first electrode. .

Description

포토닉 크리스탈 구조의 대구경 어레이형 테라헤르츠 발생 장치{LARGE CALIBER ARRAY TYPE TERAHERTZ WAVE GENERATING DEVICE HAVING PHOTONIC CRYSTAL STRUCTURE}Large diameter array type terahertz generator with photonic crystal structure {LARGE CALIBER ARRAY TYPE TERAHERTZ WAVE GENERATING DEVICE HAVING PHOTONIC CRYSTAL STRUCTURE}

본 발명은 광발생 및 흡수 기술에 관한 것으로, 특히 테라헤르츠파를 발생을 위한 연속 주파수 가변형 및 펄스형 광대역 포토믹서 기술에 관한 것이다. The present invention relates to light generation and absorption technology, and more particularly, to a continuous frequency variable type and pulse type broadband photomixer technology for generating terahertz waves.

전자기파 스펙트럼 대역에서 0.1 ~ 10THz (1THz: 1012Hz) 영역을 테라헤르츠파로 정의하고 있다. 특히, 0.1 ~ 3THz 영역은 매우 다양한 분자들의 회전 및 공진주파수들이 존재하는 영역이다. 테라헤르츠파를 활용한 비파괴, 미개봉, 비접촉법으로 이들 분자지문들을 획득함으로써, 의료, 의학, 농업식품, 환경계측, 바이오, 통신, 비파괴 조사, 첨단재료평가 등에서 지금까지 없었던 신개념의 미래 핵심 기술을 제공할 수 있다. 따라서, 이와 관련된 핵심기술 개발에 매우 치열한 경쟁이 진행되고 있다. In the electromagnetic spectrum band, the region of 0.1 to 10 THz (1 THz: 10 12 Hz) is defined as a terahertz wave. In particular, the 0.1 ~ 3 THz region is a region in which a wide variety of rotational and resonant frequencies of molecules exist. By acquiring these molecular fingerprints through a non-destructive, unopened, and non-contact method using terahertz waves, new concepts of future core technologies such as medical, medical, agricultural food, environmental measurement, bio, communication, non-destructive investigation, and advanced material evaluation are unprecedented. Can provide. Therefore, there is a very fierce competition in the development of core technologies related to this.

테라헤르츠 파는 수 meV 수준의 매우 낮은 에너지를 가지므로 인체에 영향이 거의 없다. 따라서, 테라헤르츠파 처리 기술은 인간 중심의 유비쿼터스 사회 실현의 핵심기술들 중 하나로 대두되고 있으며, 이에 대한 수요가 급격히 증가할 것으로 예상된다. 종래에는 실시간, 포터블, 저가격, 광대역 등의 이슈를 동시에 만족할만한 기술이 개발되지 못하였으나, 지속적인 기술력 향상으로 테라헤르츠 분광 및 영상 분야 활용에 관한 다양한 기술이 제안되고 있다.The terahertz wave has very low energy at the level of several meV, so it has little effect on the human body. Therefore, the terahertz wave processing technology is emerging as one of the core technologies for realizing a human-centered ubiquitous society, and the demand for it is expected to increase rapidly. Conventionally, a technology that satisfies the issues such as real-time, portable, low price, and broadband at the same time has not been developed, but with continuous technological improvement, various technologies related to terahertz spectroscopy and imaging fields have been proposed.

테라헤르츠 영상분야는 고출력의 파워 및 고감도 어레이형 검출기 채택이 필수적이다. 반면에, 테라헤르츠 분광 분야에서는 광대역의 테라헤르츠파원이 시스템의 핵심기술이므로, 광 기술을 기반으로 하고 있다. 이하, 도면을 참조하여 종래의 광대역 테라헤르츠 시스템에 대해 살펴보도록 한다. In the terahertz imaging field, it is essential to adopt a high-output power and high-sensitivity array type detector. On the other hand, in the terahertz spectroscopy field, the broadband terahertz wave source is the core technology of the system, so it is based on optical technology. Hereinafter, a conventional broadband terahertz system will be described with reference to the drawings.

도 1은 종래의 펄스형 THz TDS(Time Domain Spectroscopy) 시스템의 구성을 나타내는 도면이다. 1 is a diagram showing the configuration of a conventional pulse-type THz Time Domain Spectroscopy (TDS) system.

도 1을 참조하면, 종래의 광대역 테라헤르츠 시스템은 펨토초급의 고출력 펄스레이저 및 광전도 안테나(Photonconductive antenna;PCA)로 구성되며, 펨토초급 초단 펄스레이저를 이용하여 펨토초급 초단 펄스레이저를 초고속 응답속도를 가지는 반도체에 조사시켜 테라헤르츠파를 발생시킨다. 여기서, 펨토초급 초단 펄스레이저는 티타늄:사파이어 레이저(Ti: Sapphire)일 수 있고, 펨토초 광 여기에 의한 테라헤르츠파 발생기인 광전도 안테나는 초고주파 광전 변환기(optical-to-electrical converter)로 구성될 수 있다. Referring to FIG. 1, a conventional broadband terahertz system is composed of a femtosecond-class high-power pulse laser and a photoconductive antenna (PCA), and a femtosecond-class ultra-short pulse laser is used with an ultra-fast response speed. A terahertz wave is generated by irradiating the semiconductor with Here, the femtosecond ultra-short pulse laser may be a titanium: sapphire laser (Ti: Sapphire), and the photoconductive antenna, which is a terahertz wave generator by femtosecond optical excitation, may be configured as an optical-to-electrical converter. have.

이러한 구조에 따르면, 광대역 테라헤르츠 시스템에서 상용화된 티타늄: 사파이어 레이저의 중심 발진 파장인 800nm가 흡수되고, 매우 짧은 캐리어 수명시간을 갖는 저온성장 GaAs이 광전도 안테나의 활성물질로 활용된다. 테라헤르츠 분광 시스템 구성에서 여기 광원을 효율적으로 흡수하거나 광대역 특성에 필수적인 펨토초 수준의 캐리어 수명시간을 갖는 물질 채택은 필수적이다.According to this structure, 800 nm, which is the central oscillation wavelength of a titanium:sapphire laser commercially available in a broadband terahertz system, is absorbed, and low-temperature-grown GaAs having a very short carrier life time is used as an active material of a photoconductive antenna. In a terahertz spectral system configuration, it is essential to adopt a material that efficiently absorbs the excitation light source or has a carrier lifetime of femtoseconds that is essential for broadband characteristics.

광대역 테라헤르츠 분광 시스템은 높은 SNR(Signal to Noise Ratio), 광대역 특성을 비교적 쉽게 구현할 수 있어 해당 분야에서 가장 먼저 상용화되었다. 그러나, THz-TDS시스템은 펨토초급 초단펄스레이저, 광 지연기를 포함한 정교하고 복잡한 광학계로 구성되기 때문에, 시스템이 고가이고, 크기가 크다. 또한, 시간영역 신호 측정 시, 광지연 소요 시간과 측정된 시간 영역 신호의 FFT(Fast Fourier Transform) 신호 처리 시간을 고려해야 하기 때문에, 실시간 계측에 어려움이 있다. The broadband terahertz spectroscopy system is the first to be commercialized in the field because it can relatively easily implement high signal to noise ratio (SNR) and broadband characteristics. However, since the THz-TDS system is composed of a sophisticated and complex optical system including a femto-elementary ultra-short pulse laser and an optical retarder, the system is expensive and large in size. In addition, when measuring a time domain signal, it is difficult to measure in real time because the time required for optical delay and the processing time of a fast Fourier transform (FFT) signal of the measured time domain signal must be considered.

도 2는 연속파 발진 방식의 THz-FDS(frequency domain spectroscopy) 시스템의 구성을 나타내는 도면이다. 2 is a diagram showing the configuration of a THz-FDS (frequency domain spectroscopy) system of a continuous wave oscillation method.

도 2를 참조하면, THz-FDS 시스템은 여기 광원으로 펨토초급 초단펄스 레이저 대신에 매우 안정적인 고출력의 두 파장에 의해 생성된 비팅을 활용한다. 광원 이외에 테라헤르츠파를 발생시키기 위한 방식은 도 1을 참조하여 설명한 THz-TDS 시스템과 유사하다. Referring to FIG. 2, the THz-FDS system utilizes beating generated by two wavelengths of very stable high power instead of a femto-second ultra-short pulse laser as an excitation light source. A method for generating terahertz waves other than the light source is similar to the THz-TDS system described with reference to FIG. 1.

THz-TDS용 초고주파 광전 변환기인 광전도 안테나의 경우, 초단 펄스레이저가 높은 피크 값을 가지므로, 수 마이크로미터 크기의 사각형 광 여기 영역과 매우 간단한 다이폴 안테나를 이용하여 용이하게 광대역 테라헤르츠파를 발생시킬 수 있다. 이와 달리, 도 2의 THz-FDS 시스템에서는 두 파장의 차이에 해당하는 주파수를 갖는 테라헤르츠파를 발생시키므로, "광전도 안테나"라는 용어 대신에 "포토믹서"라는 용어를 사용한다.In the case of the photoconductive antenna, which is an ultra-high frequency photoelectric converter for THz-TDS, since the ultrashort pulse laser has a high peak value, a wide-band terahertz wave is easily generated using a rectangular optical excitation area of several micrometers and a very simple dipole antenna. I can make it. In contrast, since the THz-FDS system of FIG. 2 generates a terahertz wave having a frequency corresponding to the difference between two wavelengths, the term “photomixer” is used instead of the term “photoconductive antenna”.

펄스형 THz-TDS 시스템은 연속파 방식에 따른 높은 주파수 분해능을 제공할 수 있다. 또한, 두 대의 독립된 고출력 반도체 레이저를 활용하므로, 저가격, 광대역, 초소형 시스템 개발이 가능하다. 따라서, 현장 적용형으로 테라헤르츠 분광시스템 개발이 가능하며, 많은 기관이 관련 기술 개발을 경쟁적으로 진행하고 있다. 그러나, 연속파 방식은 광전 변환 효율이 상당히 낮기 때문에, 구체적이고 실질적인 시스템 적용 사례를 보여 주지는 못하고 있다.The pulsed THz-TDS system can provide high frequency resolution according to the continuous wave method. In addition, since two independent high-power semiconductor lasers are used, it is possible to develop a low-cost, broadband, and ultra-compact system. Therefore, it is possible to develop a terahertz spectroscopy system as a field application type, and many organizations are competing to develop related technologies. However, since the continuous wave method has a considerably low photoelectric conversion efficiency, it has not been able to show a specific and practical system application case.

본 발명의 일 실시예는 테라헤르츠 파의 발생 효율을 높이고 대구경의 광전도 안테나 및 포토믹서를 제작할 수 있는 나노 전극 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide a nanoelectrode structure capable of increasing the generation efficiency of terahertz waves and fabricating a large-diameter photoconductive antenna and a photomixer.

본 발명의 일 실시예에 따른 포토닉 크리스탈 구조의 대구경 테라헤르츠 발생 장치는 제1 방향으로 확장된 제1 라인 패턴, 상기 제1 라인 패턴과 연결되고 상기 제1 방향과 교차된 제2 방향으로 확장된 복수의 제2 라인 패턴들 및 상기 제1 라인 패턴과 연결되고 상기 제2 방향으로 확장되고 상기 복수의 제2 라인 패턴들의 사이에 위치되고 상기 제2 라인 패턴들에 비해 긴 길이를 갖는 복수의 제3 라인 패턴들을 포함하는 제1 전극; 및 상기 제1 방향으로 확장된 제4 라인 패턴, 상기 제4 라인 패턴과 연결되고 상기 제2 방향으로 확장된 복수의 제5 라인 패턴들 및 상기 제4 라인 패턴과 연결되고 상기 제2 방향으로 확장되고 상기 복수의 제5 라인 패턴들의 사이에 위치되고 상기 제5 라인 패턴들에 비해 긴 길이를 갖는 복수의 제6 라인 패턴들을 포함하고, 상기 제1 전극과 마주하여 배치된 제2 전극을 포함한다.The apparatus for generating a large-diameter terahertz having a photonic crystal structure according to an embodiment of the present invention includes a first line pattern extending in a first direction, and extending in a second direction connected to the first line pattern and crossing the first direction. A plurality of second line patterns and a plurality of second line patterns connected to the first line pattern, extending in the second direction, positioned between the plurality of second line patterns, and having a longer length than the second line patterns. A first electrode including third line patterns; And a fourth line pattern extended in the first direction, a plurality of fifth line patterns connected to the fourth line pattern and extended in the second direction, and connected to the fourth line pattern, and extended in the second direction. And a plurality of sixth line patterns positioned between the plurality of fifth line patterns and having a length longer than that of the fifth line patterns, and a second electrode disposed to face the first electrode. .

본 발명의 일 실시예에 따르면, 플라즈몬 효과 및 국소화된 전기장 증폭 효과를 위한 나노전극 구조를 대구경 광전도 안테나에 적용한다. 따라서, 테라헤르츠 발생 효율을 높일 수 있다. 또한, 나노전극 구조를 대구경 광전도 안테나 구조 내에서 주기적으로 변경하여, 추가적으로 발생 효율 및 주파수 특성을 향상시킨다. 이를 통해 열특성 및 광정렬의 어려움을 해결하고, 낮은 광·전 변환효율을 획기적으로 개선한다. According to an embodiment of the present invention, a nanoelectrode structure for a plasmon effect and a localized electric field amplification effect is applied to a large-diameter photoconductive antenna. Therefore, it is possible to increase the terahertz generation efficiency. In addition, by periodically changing the nanoelectrode structure within the large-diameter photoconductive antenna structure, generation efficiency and frequency characteristics are additionally improved. Through this, it solves the difficulty of thermal characteristics and optical alignment, and significantly improves low photoelectric conversion efficiency.

본 발명은 광흡수의 포화 현상을 완화할 수 있는 나노 전극 구조를 제안한다. 나노 전극 구조는 핑거 형태의 전극들이 오버랩되도록 배열되거나, 소정 구조가 반복적으로 배열된 형태를 갖는다. 이를 통해, 테라헤르츠 파의 발생 효율을 높이고, 대구경 어레이 형 포토닉 크리스탈 포토믹서를 용이하게 제작할 수 있다. 특히, 나노 전극 구조를 대구경 어레이화함으로써, 광밀도를 낮추고 열 특성을 개선하고 광 정렬 허용오차를 완화할 수 있다. 또한, 단위 나노 구조의 크기 및 주기 등을 공간적으로 변조하여, 테라헤르츠 발생 효율 및 주파수 특성을 향상시킬 수 있다.The present invention proposes a nanoelectrode structure capable of alleviating the saturation phenomenon of light absorption. The nano-electrode structure has a shape in which finger-shaped electrodes are arranged to overlap or a predetermined structure is repeatedly arranged. Through this, the generation efficiency of terahertz waves can be increased, and a large-diameter array-type photonic crystal photomixer can be easily manufactured. In particular, by forming a nano-electrode structure into a large-diameter array, it is possible to lower optical density, improve thermal properties, and alleviate optical alignment tolerances. In addition, terahertz generation efficiency and frequency characteristics may be improved by spatially modulating the size and period of the unit nanostructure.

도 1은 종래의 펄스형 THz TDS(Time Domain Spectroscopy) 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 연속파 발진 방식의 THz-FDS(frequency domain spectroscopy) 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 통상적인 테라헤르츠파 발생용 포토믹서의 회로 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3에 따른 테라헤르츠파 발생용 포토믹서의 등가회로를 나타내는 도면이다.
도 5는 테라헤르츠파 발생용 평판형 포토믹서의 단면도이다.
도 6은 안테나가 집적된 테라헤르츠파 발생용 포토믹서의 평면 형상을 나타내는 도면이다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 SNG 구조의 나노 전극을 나타내는 도면이다.
도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 NG 구조, NE 구조 및 SNG 구조를 비교 도시한 도면이다.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 구조의 실제 제작 예를 도시한 전자현미경 사진이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 테라헤르츠 광전도 안테나에서 발생된 테라헤르츠 펄스를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 테라헤르츠 광전도 안테나의 입사광 세기에 따른 테라헤르츠 펄스의 세기를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 대구경 어레이형 테라헤르츠 광전도 안테나의 단위 행 구조를 나타낸다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 대구경 어레이형 테라헤르츠 광전도 안테나의 구조를 나타낸 도면이다.
도 13은 실제 제작된 대구경 테라헤르츠 광전도 안테나의 현미경 사진이다.
도 14a는 SNG 구조를 적용한 대구경 광전도 안테나와 나노구조를 포함하지 않는 종래의 광전도 안테나의 출력 측정 결과를 비교한 그래프이다.
도 14b는 SNG 구조를 사용한 대구경 광전도 안테나와 나노구조를 포함하지 않는 종래의 광전도 안테나의 테라헤르츠 시영역 분광 측정 결과를 비교한 그래프이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 포토닉 크리스탈 구조를 변형 적용한 대구경 어레이형 테라헤르츠 광전도 안테나의 구조를 나타내는 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 포토닉 크리스탈 구조를 변형 적용한 대구경 어레이형 테라헤르츠 광전도 안테나의 구조를 나타내는 도면이다. 1 is a diagram showing the configuration of a conventional pulse-type THz Time Domain Spectroscopy (TDS) system.
2 is a diagram showing the configuration of a THz-FDS (frequency domain spectroscopy) system of a continuous wave oscillation method.
3 is a diagram showing a circuit configuration of a photomixer for generating a typical terahertz wave.
4 is a diagram showing an equivalent circuit of the photomixer for generating a terahertz wave according to FIG. 3.
5 is a cross-sectional view of a flat plate photomixer for generating terahertz waves.
6 is a diagram showing a planar shape of a photomixer for generating a terahertz wave in which an antenna is integrated.
7A is a diagram showing a nanoelectrode having an SNG structure according to an embodiment of the present invention.
7B is a view showing a comparison between the NG structure, the NE structure, and the SNG structure according to an embodiment of the present invention.
8A to 8D are electron micrographs showing an actual manufacturing example of a nanostructure according to an embodiment of the present invention.
9 is a graph showing a terahertz pulse generated from a terahertz photoconductive antenna according to an embodiment of the present invention.
10 is a graph showing a result of measuring an intensity of a terahertz pulse according to an incident light intensity of a terahertz photoconductive antenna according to an embodiment of the present invention.
11 shows a unit row structure of a large-diameter array-type terahertz photoconductive antenna according to an embodiment of the present invention.
12 is a diagram showing the structure of a large-diameter array-type terahertz photoconductive antenna according to an embodiment of the present invention.
13 is a micrograph of an actually manufactured large-diameter terahertz photoconductive antenna.
14A is a graph comparing output measurement results of a large-diameter photoconductive antenna to which an SNG structure is applied and a conventional photoconductive antenna not including a nanostructure.
14B is a graph comparing terahertz field spectroscopy measurement results of a large-diameter photoconductive antenna using an SNG structure and a conventional photoconductive antenna not including a nanostructure.
15 is a diagram illustrating a structure of a large-diameter array-type terahertz photoconductive antenna to which a photonic crystal structure according to an embodiment of the present invention is modified.
16 is a diagram illustrating a structure of a large-diameter array-type terahertz photoconductive antenna to which a photonic crystal structure according to an embodiment of the present invention is modified.

이하에서는, 본 발명의 가장 바람직한 실시예가 설명된다. 도면에 있어서, 두께와 간격은 설명의 편의를 위하여 표현된 것이며, 실제 물리적 두께에 비해 과장되어 도시될 수 있다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지와 무관한 공지의 구성은 생략될 수 있다. 각 도면의 구성요소들에 참조 번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.In the following, the most preferred embodiment of the present invention will be described. In the drawings, thicknesses and intervals are expressed for convenience of description, and may be exaggerated compared to actual physical thicknesses. In describing the present invention, known configurations irrelevant to the gist of the present invention may be omitted. In adding reference numerals to elements of each drawing, it should be noted that only the same elements have the same number as possible, even if they are indicated on different drawings.

도 3은 통상적인 테라헤르츠파 발생용 포토믹서의 회로 구성을 나타내는 도면이다. 또한, 도 4는 도 3에 따른 테라헤르츠파 발생용 포토믹서의 등가회로를 나타내는 도면이다. 3 is a diagram showing a circuit configuration of a photomixer for generating a typical terahertz wave. In addition, FIG. 4 is a diagram illustrating an equivalent circuit of the photomixer for generating a terahertz wave according to FIG. 3.

도 3을 참조하면, 포토 믹서(30)는 반응속도가 피코(10-12)초 수준의 매우 빠른 물질로 구성된다. 포토 믹서(30)는 빛이 조사되었을 때 전류가 흐르는 광전도 스위치(photoconductive switch;PCS;108) 및 발생된 테라헤르츠파의 한 방향으로의 이득을 확보하기 위한 안테나(107)로 구성된다. Referring to FIG. 3, the photo mixer 30 is made of a material having a very fast reaction rate of pico (10 -12) seconds. The photo mixer 30 includes a photoconductive switch (PCS) 108 through which a current flows when light is irradiated, and an antenna 107 for securing a gain in one direction of the generated terahertz wave.

펄스형 광대역 테라헤르츠파 발생 시스템이나, 연속 주파수 가변형 테라헤르츠파 발생 시스템의 주요 특성은 여기 광원의 특성과, 광전 변환기인 광전도 안테나 또는 포토믹서의 광전 효율이다. 펄스형과 달리 연속파 발생용 포토믹서의 설계 시 매우 높은 입력 광 파워에 기인하는 포토믹서 내부의 열 상승 효과가 필수적으로 고려되어야 한다. 주요 열원으로는 광 주입에 따른 물질의 흡수와 포토믹서 바이어스 인가에 따른 전류에 의한 주울(Joule) 히팅 등이 있다. The main characteristics of a pulsed broadband terahertz wave generating system or a continuous frequency variable terahertz wave generating system are the characteristics of an excitation light source, and the photoelectric efficiency of a photoelectric converter such as a photoconductive antenna or photomixer. Unlike the pulse type, when designing a photomixer for generating a continuous wave, the heat increase effect inside the photomixer due to very high input optical power must be considered indispensable. The main heat sources include absorption of materials by light injection and Joule heating by current by applying a photomixer bias.

포토믹서의 내부 온도가 증가하면 입사광이 조기에 포화되고 내부 온도가 상승되어 광전 효율 특성 저하가 급격히 진행될 수 있다. 따라서, 원활한 열 방출은 고효율 확보에 필수적이고, 특히, 연속파 방식에서 열 방출을 고려하는 것이 중요하다. When the internal temperature of the photomixer increases, incident light is saturated early and the internal temperature increases, so that photoelectric efficiency characteristics may be rapidly deteriorated. Therefore, smooth heat dissipation is essential for securing high efficiency, and in particular, it is important to consider heat dissipation in a continuous wave method.

장파장용 포토믹서는 여러 가지 광전 변환기 중 가장 열악한 특성을 보인다. 연속 주파수 가변 테라헤르츠파 발생 주파수와 여기광의 두 발진 파장차이는 f=cΔλ/λ2 의 관계를 가진다. 여기광인 두 개의 독립적인 레이저 각각의 발진 파장 λ1 및 λ2 에 해당하는 주파수 f1= c/λ1, f2= c/λ2의 차이에 의해 테라헤르츠파의 주파수가 결정된다. 이때, 발생된 주파수 가변형 테라헤르츠파원 특성은 여기 광원의 특성에 직접적인 영향을 받는다. 여기 광원의 안정도, 선폭, 편광, 위상 모두가 발생하는 테라헤르츠파에 영향을 주기 때문에, 안정적인 여기 광원이 요구된다. Long-wavelength photomixers show the poorest characteristics among various photoelectric converters. The difference between the continuous frequency variable terahertz wave generation frequency and the two oscillation wavelengths of the excitation light is f=cΔλ/λ 2 Have a relationship. The oscillation wavelength λ 1 of each of the two independent lasers, which are excitation light, and the frequency of the terahertz wave is determined by the difference between the frequencies f 1 = c / λ 1, f 2 = c / λ 2 corresponding to λ 2. At this time, the generated frequency variable terahertz wave source characteristics are directly affected by the characteristics of the excitation light source. Since the stability, line width, polarization, and phase of the excitation light source all affect the generated terahertz wave, a stable excitation light source is required.

포토믹서를 통하여 발생된 테라헤르츠파 출력 해석을 위해 도 4와 같은 등가회로법이 많이 활용된다. 도 4에서 포토믹서 특성에 영향을 미치는 주요 변수들로는 인가전압 VB, 안테나 임피던스 RL, 포토믹서 Capacitance C, 포토믹서 포토컨닥턴스 G0등이 있다. 광이 입사되는 영역 Ap, 광투과도 T, 내부 양자효율 hi, 플라크 상수 h, 전하 이동도(mobility) m, 주파수 n를 고려하고 광이 입사되는 영역에 아무런 금속패턴이 없는 심플 스퀘어(simple square)형 포토믹서를 가정하였을 때 광전도 G0는 아래의 수학식 1과 같이 주어진다.In order to analyze the terahertz wave output generated through the photomixer, the equivalent circuit method as shown in FIG. 4 is widely used. In FIG. 4, the main variables affecting the photomixer characteristics include an applied voltage V B , an antenna impedance R L , a photomixer capacitance C, and a photomixer photoconductance G 0 . A simple square with no metal pattern in the light incident area Ap, light transmittance T, internal quantum efficiency h i , plaque constant h, charge mobility m, and frequency n. ) Type photomixer, the photoconductivity G 0 is given by Equation 1 below.

Figure 112015103519919-pat00001
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G0를 갖는 포토믹서에서 출력되는 테라헤르츠파 특성은 아래의 수학식 2와 같다. RA는 안테나의 방사저항, C 및 τ는 photoconductive의 정전용량 및 캐리어 소멸시간을 나타낸다.The terahertz wave characteristics output from the photomixer having G 0 are as in Equation 2 below. R A represents the radiation resistance of the antenna, and C and τ represent the photoconductive capacitance and carrier decay time.

Figure 112015103519919-pat00002
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고효율의 테라헤르츠파 발생을 위해서는 고출력 광원과 함께 포토믹스의 광·전변환 효율에 직접적인 영향을 미치는 변수들을 조절하여야 한다. 수학식 2에서 볼 수 있듯이, 테라헤르츠파의 발생은 포토믹스의 높은 응답속도, 안테나 저항, 그리고 입력광 세기 등에 영향을 받는다. 펄스형 테라헤르츠파 발생기인 광전도 안테나에서는 여기 광에 의한 특성 저하가 연속파에 비해 비교적 적은 영향을 받는다. 그러나, 연속파 발생용 포토믹서의 경우, 연속적인 입력 광 주입과 흡수에 의해 활성층의 온도가 증가된다. 또한, 바이어스 인가에 의한 주울 히팅 등에 의해 공기와 반도체 계면에서 Tj(Junction temperature)이 형성되고, Tj에 의해 입사광의 최대값이 결정되므로, 고효율 포토믹서를 개발하기 위해서는 여이 광에 의한 특성 저하를 해결해야한다.In order to generate a high-efficiency terahertz wave, variables that directly affect the photoelectric conversion efficiency of the photomix must be adjusted together with a high-power light source. As can be seen in Equation 2, generation of terahertz waves is affected by the high response speed of the photomix, antenna resistance, and input light intensity. In the photoconductive antenna, which is a pulse-type terahertz wave generator, the deterioration of characteristics due to excitation light is relatively less affected than that of continuous waves. However, in the case of a photomixer for generating a continuous wave, the temperature of the active layer is increased by continuous injection and absorption of input light. In addition, T j (Junction temperature) is formed at the interface between air and semiconductor due to Joule heating by applying a bias, and the maximum value of incident light is determined by T j . Therefore, in order to develop a high-efficiency photomixer, the characteristic is reduced by extra light. Should be resolved.

수학식 1 및 2에서 볼 수 있듯이, 광대역 포토믹서의 특성은 매우 짧은 캐리어 소멸시간, 포토믹서 정전용량 특성에 의해 많은 영향을 받는다. 이중 테라헤르츠 분광기에서 필수적인 광대역 특성에 직접적인 영향을 끼치는 캐리어 소멸시간 확보는 필수적이다. 캐리어 소멸시간을 확보하기 위해서는, 반도체 단결정 특성을 보유하면서 매우 짧은 캐리어 소멸시간을 갖는 반도체 물질을 성장시켜야 하며, 이를 위해 일반적으로 MBE(molecular beam epitaxy) 장비를 이용한다. 일반적인 반도체의 캐리어 소멸시간은 수 ns(10-9)초 수준인데, 1THz에 해당되는 시간이 1피코(10-12) 초 수준이므로, 광대역 특성 확보를 위해서는 캐리어 소멸시간을 1피코 수준으로 줄여야 한다. 이를 위해 불순물을 포함하는 반도체 결정을 이용할 수 있다. 낮은 온도에서 반도체 결정을 성장하면, 물질 내 3족 원소의 위치를 5족 원소가 점유하게 되고, 그에 따라, 불순물이 생성되어 펨토초급 캐리어 소멸시간을 확보할 수 있다. As can be seen from Equations 1 and 2, the characteristics of a broadband photomixer are greatly affected by a very short carrier decay time and a photomixer capacitance characteristic. Of these, it is essential to secure a carrier decay time that directly affects the essential broadband characteristics in a terahertz spectroscopy. In order to secure a carrier decay time, a semiconductor material having a very short carrier decay time must be grown while retaining semiconductor single crystal characteristics, and for this purpose, a molecular beam epitaxy (MBE) device is generally used. The carrier decay time of a typical semiconductor is at the level of several ns (10 -9 ) seconds, and the time corresponding to 1 THz is at the level of 1 pico (10 -12 ) seconds, so the carrier decay time must be reduced to the level of 1 pico in order to secure broadband characteristics. . For this, a semiconductor crystal containing impurities may be used. When the semiconductor crystal is grown at a low temperature, the group 5 element occupies the position of the group 3 element in the material, and thus impurities are generated, thereby securing the femtosecond-class carrier disappearance time.

또한, 테라헤르츠-TDS 시스템의 광원인 티타늄: 사파이어 레이저의 중심 발진 파장인 800nm 광 출력을 흡수하기 위해 GaAs 물질을 활용하거나, 장파장 비팅 광원의 흡수를 위해 InGaAs 물질을 사용할 수 있다.In addition, a GaAs material may be used to absorb the 800nm light output, which is the central oscillation wavelength of a titanium:sapphire laser, which is a light source of a terahertz-TDS system, or an InGaAs material may be used for absorption of a long wavelength beating light source.

도 3 및 도 4를 참조하면, 포토믹서는 여기 광에 고속으로 반응하여 피코초 수준의 지속 시간을 갖는 과도 전류를 생성하는 광전도 스위치(108) 및 발생된 전류를 공간상의 임의의 방향으로 방사하기 위한 안테나(107)로 구성된다. 다양한 종류의 안테나를 용도에 맞게 채택하여 포터믹서의 안테나(107)로 사용할 수 있다. 테라헤르츠 분광 시스템은 광대역 안테나 사용이 필수적이고, 테라헤르츠 영상 시스템을 위해서는 고효율의 공진형 안테나가 활용되고 있다. 3 and 4, the photomixer reacts to the excitation light at a high speed to generate a transient current having a picosecond duration, and radiates the generated current in an arbitrary direction in space. It is composed of an antenna 107 for. Various types of antennas can be adopted according to the purpose and used as the antenna 107 of a porter mixer. The terahertz spectral system requires the use of a broadband antenna, and a high-efficiency resonant antenna is used for terahertz imaging systems.

도 5는 테라헤르츠파 발생용 평판형 포토믹서의 단면도로서, 캐리어 소멸시간이 확보된 물질에 바이어스 인가가 가능한 구조의 안테나만 제작된 가장 간단한 구조를 도시하였다. 5 is a cross-sectional view of a flat-panel photomixer for generating a terahertz wave, showing the simplest structure in which only an antenna having a structure capable of applying a bias to a material having a carrier disappearance time is secured.

도 5를 참조하면, 포토믹서는 기판(101) 상에 차례로 적층된 버퍼층(102), 광전도층(103), 절연체 박막(104), 금속 패턴(105) 및 무반사막(106)을 포함한다. Referring to FIG. 5, the photomixer includes a buffer layer 102, a photoconductive layer 103, an insulator thin film 104, a metal pattern 105, and an anti-reflective film 106 sequentially stacked on a substrate 101. .

기판(101)은 테라헤르츠파가 반도체 기판 상에 존재하는 전하들에 의해 흡수되는 양을 최소화하기 위해, 반-절연(semi-insulating) GaAs 기판 또는 InGaAs 기판일 수 있다. The substrate 101 may be a semi-insulating GaAs substrate or an InGaAs substrate in order to minimize the amount of terahertz waves absorbed by charges present on the semiconductor substrate.

버퍼층(102)은 기판(101) 상에 정상적인 반도체 박막을 성장하기 위한 것으로, AlGaAs, InAlAs, GaAs, InP 등을 포함할 수 있다.The buffer layer 102 is for growing a normal semiconductor thin film on the substrate 101 and may include AlGaAs, InAlAs, GaAs, InP, or the like.

광전도 층(103)은 캐리어 수명시간 확보를 위해 저온성장법으로 성장시킨 것일 수 있다. 활성층으로 활용되는 반도체 박막은 벌크형으로 800nm 대역의 GaAs를 포함할 수 있고, 장파장 영역용으로는 밴드갭이 여기 광원 파장과 일치하는 물질인 InGaAs, InGaAsP 등을 포함할 수 있다. 벌크형 활성층 이외에 장파장 여기 광원에 의해 발생된 전자, 정공의 원활한 포획을 위해 InGaAs/InAlAs등과 같은 다층박막 구조를 채택하는 것도 가능하다. The photoconductive layer 103 may be grown by a low-temperature growth method to secure a carrier life time. The semiconductor thin film used as the active layer may include GaAs in the 800 nm band in a bulk type, and may include InGaAs, InGaAsP, etc., which are materials whose band gap matches the wavelength of the excitation light source for a long wavelength region. In addition to the bulk type active layer, it is also possible to adopt a multilayered thin film structure such as InGaAs/InAlAs for smooth capture of electrons and holes generated by a long wavelength excitation light source.

수학식 2를 참조하면, 인가 전압에 제곱에 비례하여 테라헤르츠파 출력이 결정되므로, 광전도 스위치 형성 시에 바이어스 인가를 위한 안테나를 포함하도록 전극을 형성해야 한다. Referring to Equation 2, since the terahertz wave output is determined in proportion to the square of the applied voltage, an electrode must be formed to include an antenna for applying a bias when forming a photoconductive switch.

절연체 박막(104), 금속 패턴(105) 및 무반사막(106)은 일련의 리소그래피 공정을 이용하여 형성되며, 이를 통해, 포토믹서 칩이 형성된다. 여기서, 무반사박(106)은 반도체에 의한 표면 반사를 저하시키기 위한 것으로, 금속 패턴(105)이 형성된 결과물의 전면에 무반사층을 형성한 후, 리소 그래피 공정을 이용하여 광이 입사되는 영역 Ap에만 무반사막(106)을 형성한다. The insulator thin film 104, the metal pattern 105, and the anti-reflective film 106 are formed using a series of lithography processes, through which a photomixer chip is formed. Here, the non-reflective foil 106 is for reducing surface reflection by the semiconductor, and after forming the non-reflective layer on the entire surface of the resultant metal pattern 105 is formed, the area A p into which light is incident by using a lithography process. Only the anti-reflective film 106 is formed.

도 6은 안테나가 집적된 테라헤르츠파 발생용 포토믹서의 평면 형상을 나타내는 도면이다. 6 is a diagram showing a planar shape of a photomixer for generating a terahertz wave in which an antenna is integrated.

도 6을 참조하면, 테라헤르츠파 발생용 포토믹서는 광대역 안테나로 보우타이 형태의 안테나(107)를 포함한다. 또한, 테라헤르츠파 발생용 포토믹서는 패키징을 위한 패드(109) 및 광전도 스위치(108)를 포함한다. 입사되는 펄스 광원 또는 연속파 비팅 광원은 광전도 스위치(108)의 전극 사이의 활성 영역에 집속되는데, 집속된 광원의 초점 지름은 전극간의 간격에 해당되는 10 μm 내외이다.Referring to FIG. 6, the photomixer for generating terahertz waves is a broadband antenna and includes an antenna 107 in the form of a bow tie. In addition, the photomixer for generating a terahertz wave includes a pad 109 for packaging and a photoconductive switch 108. The incident pulsed light source or continuous wave beating light source is focused on the active region between the electrodes of the photoconductive switch 108, and the focal diameter of the focused light source is about 10 μm corresponding to the distance between the electrodes.

이러한 구조에 따르면, 활성 영역에서의 높은 광밀도로 인해 온도가 상승될 수 있으며, 그에 따라 광 효율이 저하될 수 있다. 광 집속을 증가시키기 위해서는 추가적인 광학계 및 고정밀 광 정렬이 요구되는데, 이로 인해 단가가 높아지고, 생산성이 낮아질 수 있다. 보우타이 안테나(107) 등의 광대역 안테나의 경우, 안테나의 주파수 특성으로 인해 테라헤르츠파의 스펙트럼 특성이 좌우될 수 있다. 광대역 안테나는 스펙트럼의 신호 크기 및 위상 스펙트럼이 평탄하지 않은데, 이는 특히 테라헤르츠 분광기의 정밀도와 직결된다. According to this structure, the temperature may be increased due to the high optical density in the active region, and thus the light efficiency may be lowered. In order to increase the light focusing, an additional optical system and high-precision light alignment are required, which may increase unit cost and lower productivity. In the case of a broadband antenna such as the bow tie antenna 107, the spectral characteristics of terahertz waves may be influenced by the frequency characteristics of the antenna. Broadband antennas have an uneven signal magnitude and phase spectrum of the spectrum, which is directly related to the precision of a terahertz spectroscopy, in particular.

따라서, 위와 같은 이슈들을 극복하기 위해, 본 발명의 실시 예에서는 도 7과 같은 포토닉 크리스탈 기반 광전도 스위치를 제안한다.Therefore, in order to overcome the above issues, an embodiment of the present invention proposes a photonic crystal-based photoconductive switch as shown in FIG. 7.

도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 SNG 구조의 나노 전극을 나타내는 도면이고, 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 NG 구조, NE 구조 및 SNG 구조를 비교 도시한 도면이다. 7A is a view showing a nanoelectrode having an SNG structure according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7B is a view showing a comparison between an NG structure, an NE structure, and an SNG structure according to an embodiment of the present invention.

도 7a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 전극(703)은 SNG(Shifted Nano-Gap) 구조를 갖는다. 나노 전극(703)은 한 쌍의 전극(710, 720)을 포함하며, 이들 중 하나는 양극이고 나머지 하나는 음극일 수 있다. Referring to FIG. 7A, a nano electrode 703 according to an embodiment of the present invention has a Shifted Nano-Gap (SNG) structure. The nano electrode 703 includes a pair of electrodes 710 and 720, one of which may be an anode and the other may be a cathode.

제1 전극(710)은 제1 방향(I-I')으로 확장된 제1 라인 패턴(710A) 및 제1 방향(I-I')과 교차된 제2 방향(Ⅱ-Ⅱ')으로 확장된 복수의 제2 및 제3 라인 패턴들(710B, 710C)을 포함한다. 여기서, 복수의 제2 및 제3 라인 패턴들(710B, 710C)의 일측 끝단은 제1 라인 패턴(710A)과 연결된다. 따라서, 제1 전극(710)은 손가락 형태 또는 빗(comb) 형태를 갖는다. 또한, 제2 라인 패턴들(710B)과 제3 라인 패턴들(710C)은 교대로 배열될 수 있으며, 제3 라인 패턴들(710C)은 제2 라인 패턴들(710B)에 비해 긴 길이를 가질 수 있다. The first electrode 710 extends in a first line pattern 710A extending in a first direction (I-I') and a second direction (II-II') crossing the first direction (I-I') And a plurality of second and third line patterns 710B and 710C. Here, one end of the plurality of second and third line patterns 710B and 710C is connected to the first line pattern 710A. Accordingly, the first electrode 710 has a finger shape or a comb shape. In addition, the second line patterns 710B and the third line patterns 710C may be alternately arranged, and the third line patterns 710C have a longer length than the second line patterns 710B. I can.

제2 전극(720)은 제1 방향(I-I')으로 확장된 제4 라인 패턴(720A) 및 제2 방향(Ⅱ-Ⅱ')으로 확장된 복수의 제5 및 제6 라인 패턴들(720B, 720C)을 포함한다. 여기서, 복수의 제5 및 제6 라인 패턴들(720B, 720C)의 일측 끝단은 제4 라인 패턴(720A)과 연결된다. 따라서, 제2 전극(720)은 손가락 형태 또는 빗(comb) 형태를 갖는다. 또한, 제5 라인 패턴들(720B)과 제6 라인 패턴들(720C)은 교대로 배열될 수 있으며, 제6 라인 패턴들(720C)은 제5 라인 패턴들(720B)에 비해 긴 길이를 가질 수 있다. The second electrode 720 includes a fourth line pattern 720A extending in a first direction (I-I') and a plurality of fifth and sixth line patterns extending in a second direction (II-II'). 720B, 720C). Here, one end of the plurality of fifth and sixth line patterns 720B and 720C is connected to the fourth line pattern 720A. Accordingly, the second electrode 720 has a finger shape or a comb shape. In addition, the fifth line patterns 720B and the sixth line patterns 720C may be alternately arranged, and the sixth line patterns 720C have a longer length than the fifth line patterns 720B. I can.

제1 전극(710)의 제1 라인 패턴(710A)과 제2 전극(720)의 제4 라인 패턴(720A)은 마주하도록 배열되며, 제1 라인 패턴(710A)과 제4 라인 패턴(720A)의 사이에 복수의 제2 라인 패턴들(710B), 복수의 제3 라인 패턴들(710C), 복수의 제5 라인 패턴들(720B) 및 복수의 제6 라인 패턴들(720C)이 배열될 수 있다. The first line pattern 710A of the first electrode 710 and the fourth line pattern 720A of the second electrode 720 are arranged to face each other, and the first line pattern 710A and the fourth line pattern 720A A plurality of second line patterns 710B, a plurality of third line patterns 710C, a plurality of fifth line patterns 720B, and a plurality of sixth line patterns 720C may be arranged between have.

또한, 복수의 제2 라인 패턴들(710B)과 복수의 제6 라인 패턴들(720C)은 상호 대응되도록 위치되고, 복수의 제3 라인 패턴들(710C)과 복수의 제5 라인 패턴들(720B)은 상호 대응되도록 위치될 수 있다. 이러한 구조에 따르면, 제1 전극(710)의 제3 라인 패턴들(710C)과 제2 전극(720)의 제6 라인 패턴들(720C)이 일부 중첩된다. In addition, the plurality of second line patterns 710B and the plurality of sixth line patterns 720C are positioned to correspond to each other, and the plurality of third line patterns 710C and the plurality of fifth line patterns 720B ) May be positioned to correspond to each other. According to this structure, the third line patterns 710C of the first electrode 710 and the sixth line patterns 720C of the second electrode 720 partially overlap.

도 7b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 전극은 NG(Nano-Gap) 구조(701), NE(Nano-Electrode) 구조(702) 또는 SNG 구조(703)를 가질 수 있다. Referring to FIG. 7B, a nanoelectrode according to an embodiment of the present invention may have a nano-gap (NG) structure 701, a nano-electrode (NE) structure 702, or an SNG structure 703.

여기서, NG 구조(701)는 SNG와 유사한 구조를 갖되, 복수의 제2 라인 패턴들(710B)과 복수의 제3 라인 패턴들(710C)이 동일한 길이를 갖고, 복수의 제5 라인 패턴들(720B)과 복수의 제6 라인 패턴들(720C)이 동일한 길이를 갖는다. 또한, NE 구조(702)는 NG 구조(701)와 유사한 구조를 갖되, 양극과 음극 사이의 간격(711, 712)이 상이하다.Here, the NG structure 701 has a structure similar to that of the SNG, but the plurality of second line patterns 710B and the plurality of third line patterns 710C have the same length, and the plurality of fifth line patterns ( 720B) and the plurality of sixth line patterns 720C have the same length. Further, the NE structure 702 has a structure similar to the NG structure 701, but the intervals 711 and 712 between the anode and the cathode are different.

예를 들어, NG 구조(701)는 200nm의 주기(714)를 갖는 나노 전극의 배열로 구성된다. 또한, 한 쌍의 양극과 음극을 포함할 수 있으며, 이들 간의 간격(711)은 약 200 nm일 수 있다. NE 구조(702)는 NG 구조와 유사한 형태를 가지며, 양극과 음극 사이의 간격(712)이 약 3 um이다. SNG 구조(703)는 앞서 도 7a를 참조하여 설명된 바와 같이, 양 전극이 상호 교차된 영역(713)을 갖는다. 교차 영역(713)의 폭(713)은 약 1 um일 수 있다.For example, the NG structure 701 consists of an array of nanoelectrodes having a period 714 of 200 nm. In addition, a pair of anodes and cathodes may be included, and a gap 711 between them may be about 200 nm. The NE structure 702 has a shape similar to that of the NG structure, and the gap 712 between the anode and the cathode is about 3 μm. The SNG structure 703 has a region 713 in which both electrodes cross each other, as described above with reference to FIG. 7A. The width 713 of the crossing region 713 may be about 1 um.

도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 구조의 실제 제작 예를 도시한 전자현미경 사진으로, 도 8a는 테라헤르츠 광전도 안테나의 구조를 나타낸 것이고, 도 8b 내지 도 8d는 도 8a의 일부 영역(803)을 확대 도시한 것이다. 8A to 8D are electron micrographs showing an actual manufacturing example of a nanostructure according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8A shows the structure of a terahertz photoconductive antenna, and FIGS. 8B to 8D are FIG. 8A An enlarged view of a partial area 803 of FIG.

도 8a를 참조하면, 본 발명의 검증을 위해 제작된 에이치-다이폴 광전도 안테나(H-dipole PCA) 구조는 양극(801) 및 음극(802)을 포함하고, 이들 간의 거리는 5 um이고 그 폭은 20 um이다. Referring to Figure 8a, the structure of the H-dipole photoconductive antenna (H-dipole PCA) fabricated for the verification of the present invention includes an anode 801 and a cathode 802, the distance between them is 5 um and the width is It is 20 um.

도 8b 내지 도 8d를 참조하면, 양극(801)과 음극(802)은 소정 거리 이격하여 배열되며, 일부 영역이 돌출되어 마주할 수 있다. 또한, 돌출된 영역(803)은 앞서 도 7b를 참조하여 설명한 NG 구조, NE 구조 또는 SNG 구조를 가질 수 있다. 나노 전극들(801, 802)은 절연 갈륨비소 반도체 기판 상에 제작되었다. 또한, 본 도면에는 도시되지 않았으나, 나노 구조를 포함하지 않는 기준 시료도 제작하였다.8B to 8D, the anode 801 and the cathode 802 are arranged to be spaced apart by a predetermined distance, and some regions may protrude to face each other. In addition, the protruding region 803 may have the NG structure, the NE structure, or the SNG structure described with reference to FIG. 7B. The nano-electrodes 801 and 802 were fabricated on an insulating gallium arsenide semiconductor substrate. In addition, although not shown in the drawing, a reference sample not including a nanostructure was also prepared.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 테라헤르츠 광전도 안테나에서 발생된 테라헤르츠 펄스를 나타내는 그래프로서, 도 8a 내지 도 8d를 참조하여 설명한 나노 전극의 특성을 측정한 결과를 나타낸다. 그래프의 x축은 시간을 나타내고 y축은 감지 전류를 나타낸다. 9 is a graph showing a terahertz pulse generated by a terahertz photoconductive antenna according to an embodiment of the present invention, and shows the results of measuring the characteristics of the nanoelectrodes described with reference to FIGS. 8A to 8D. The x-axis of the graph represents time and the y-axis represents the sensing current.

도 9의 그래프는 테라헤르츠 시영역 분광법으로 측정된 각 나노 구조의 테라헤르츠 방출 특성을 나타내는 것으로, 10V 크기를 갖는 사인파를 에이치-다이폴 광전도 안테나의 전극에 인가하고, 10mW의 평균 출력은 갖는 챔토초 레이저 펄스를 이용하여 테라헤르츠펄스를 발생시킨 결과를 측정한 값이다. 입사파의 편광은 나노전극 방향에 수직이다. 그래프를 통해, SNG구조가 가장 높은 효율을 갖는 것을 확인할 수 있다. The graph of FIG. 9 shows the terahertz emission characteristics of each nanostructure measured by terahertz field spectroscopy. A sine wave having a size of 10 V is applied to the electrode of the H-dipole photoconductive antenna, and the average output of 10 mW is This is a measurement of the result of generating a terahertz pulse using a toe-second laser pulse. The polarization of the incident wave is perpendicular to the direction of the nanoelectrode. Through the graph, it can be confirmed that the SNG structure has the highest efficiency.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 테라헤르츠 광전도 안테나의 입사광 세기에 따른 테라헤르츠 펄스의 세기를 측정한 결과를 나타낸 그래프로서, 도 8a 내지 도 8d를 참조하여 설명한 나노 전극의 특성을 측정한 결과를 나타낸다. FIG. 10 is a graph showing a result of measuring the intensity of a terahertz pulse according to the intensity of incident light of a terahertz photoconductive antenna according to an embodiment of the present invention. Shows one result.

도 10의 그래프는 입사파의 출력에 따라 발생된 테라헤르츠파의 크기를 나타내었다. 기준 시료(REF)의 경우, 입사파의 출력이 낮을 때는 나노 구조를 갖는 광전도 안테나들에 비해 작은 크기의 테라헤르츠파를 발생시킨다. 그러나, 입사파의 출력이 커질수록 NE 구조 및 NG 구조와 비슷한 크기의 테라헤르츠파를 발생시킨다. NG 구조 및 NE 구조의 경우, 입사파의 출력이 일정 값 이상 커지면 테라헤르츠파의 크기가 포화되는 것을 확인할 수 있다. The graph of FIG. 10 shows the magnitude of the terahertz wave generated according to the output of the incident wave. In the case of the reference sample REF, when the output of the incident wave is low, a terahertz wave having a smaller size than that of photoconductive antennas having a nanostructure is generated. However, as the output of the incident wave increases, a terahertz wave having a size similar to that of the NE structure and the NG structure is generated. In the case of the NG structure and the NE structure, it can be seen that the magnitude of the terahertz wave is saturated when the output of the incident wave is increased by a certain value or more.

이와 달리, SNG 구조의 나노 전극은, 낮은 입사파에서도 효율이 높고, 다른 구조들에 비해 포화 현상이 완화된 것을 확인할 수 있다. 즉, SNG 구조의 나노 전극은 높은 입사파 출력에서도 높은 방사 효율을 나타낸다. SNG 구조의 경우, 양극과 음극이 상호 교차하는 영역이 존재하고, 교차 영역에서 전자의 포집이 효율적으로 일어나기 때문에, 우수한 효과를 갖는 것으로 해석된다. 따라서, 필요에 따라 교차 영역의 폭(713) 또는 주기(714)를 조절함으로써, 최적의 효율을 도출하는 것도 가능하다. In contrast, it can be seen that the SNG-structured nanoelectrode has high efficiency even at a low incident wave, and that the saturation phenomenon is alleviated compared to other structures. That is, the SNG-structured nanoelectrode exhibits high radiation efficiency even at high incident wave output. In the case of the SNG structure, since there is a region where the anode and the cathode cross each other, and electrons are efficiently collected in the crossing region, it is interpreted to have an excellent effect. Therefore, it is also possible to derive the optimum efficiency by adjusting the width 713 or the period 714 of the crossing region as necessary.

실험을 통해 검증된 바와 같이, 나노 구조의 전극을 적용함으로써 낮은 입사광에서 방사 효율을 증가시킬 수 있다. 따라서, 대구경 광전도 안테나에 SNG 구조의 나노 전극을 적용함으로써, 그 효과를 극대화할 수 있다. As verified through experiments, it is possible to increase the radiation efficiency in low incident light by applying a nanostructured electrode. Therefore, by applying a nano-electrode having an SNG structure to a large-diameter photoconductive antenna, the effect can be maximized.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 대구경 어레이형 테라헤르츠 광전도 안테나의 단위 행 구조를 나타낸다.11 shows a unit row structure of a large-diameter array-type terahertz photoconductive antenna according to an embodiment of the present invention.

도 11을 참조하면, 대구경 광전도 안테나의 한 행을 구성하는 전극에 나노 구조를 적용할 수 있다. 예를 들어, 마주보는 두 전극(1100, 1101)에 SNG 구조를 적용하며, 두 전극(1100, 1101)은 바이어스 전원(1103)에 의해 전기적으로 제어된다. 여기서, 교차 영역의 폭(1104) 및 주기(714)는 다양하게 조절될 수 있다. 또한, SNG 구조 뿐만 아니라, NG 구조, NE 구조도 적용할 수 있다. Referring to FIG. 11, a nanostructure may be applied to an electrode constituting one row of a large-diameter photoconductive antenna. For example, the SNG structure is applied to the two electrodes 1100 and 1101 facing each other, and the two electrodes 1100 and 1101 are electrically controlled by the bias power supply 1103. Here, the width 1104 and the period 714 of the crossing region may be variously adjusted. In addition, not only the SNG structure, but also the NG structure and the NE structure can be applied.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 대구경 어레이형 테라헤르츠 광전도 안테나의 구조를 나타낸 도면으로서, 도 11을 참조하여 설명한 하나의 행을 복수개 배열하여 구성된 대구경 테라헤르츠 광전도 안테나의 구조를 도시하였다.12 is a diagram showing the structure of a large-diameter array-type terahertz photoconductive antenna according to an embodiment of the present invention, and shows the structure of a large-diameter terahertz photoconductive antenna configured by arranging a plurality of one row described with reference to FIG. 11 I did.

도 12를 참조하면, 복수의 행들 사이에 역전압 영역(1201)이 위치되고, 역전압 영역(1201) 상에 금속 패턴 등이 형성될 수 있다. 이와 같이, 금속 패턴 등으로 역전압 영역(1201)을 커버함으로써, 테라헤르츠 발생 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 전체 영역의 크기(1202)는 다양하게 정해질 수 있고, 예를 들어, 100 um X 100 um 이상일 수 있다. Referring to FIG. 12, a reverse voltage region 1201 may be positioned between a plurality of rows, and a metal pattern or the like may be formed on the reverse voltage region 1201. In this way, by covering the reverse voltage region 1201 with a metal pattern or the like, it is possible to prevent the terahertz generation efficiency from deteriorating. In addition, the size 1202 of the entire area may be variously determined, and may be, for example, 100 um X 100 um or more.

도 13은 실제 제작된 대구경 테라헤르츠 광전도 안테나의 현미경 사진이다. 여기서, 활성 영역의 면적은 300 um X 300 um로, 활성 영역 내에 나노 구조가 균일하게 형성되었음을 확인할 수 있다. 13 is a micrograph of an actually manufactured large-diameter terahertz photoconductive antenna. Here, the area of the active region is 300 um X 300 um, and it can be seen that the nanostructure is uniformly formed in the active region.

도 14a는 SNG 구조를 적용한 대구경 광전도 안테나와 나노구조를 포함하지 않는 종래의 광전도 안테나의 출력 측정 결과를 비교한 그래프이다. 다양한 바이어스 전압에서 측정한 결과들을 비교하여 도시하였다. 이를 통해, SNG 구조를 적용함으로써, 나노 구조를 포함하지 않는 종래의 광전도 안테나에 비해, 같은 바이어스 전압에서 20배 이상 출력이 향상된 것을 확인할 수 있다.14A is a graph comparing output measurement results of a large-diameter photoconductive antenna to which an SNG structure is applied and a conventional photoconductive antenna not including a nanostructure. The results measured at various bias voltages were compared and shown. Through this, it can be seen that by applying the SNG structure, the output is improved by 20 times or more at the same bias voltage as compared to a conventional photoconductive antenna that does not include a nano structure.

도 14b는 SNG 구조를 사용한 대구경 광전도 안테나와 나노구조를 포함하지 않는 종래의 광전도 안테나의 테라헤르츠 시영역 분광 측정 결과를 비교한 그래프이다. 여기서, x축은 시간을 나타내고, 단위는 피코초(picosecond)이다. y축은 검출기 전류를 나타내고, 단위는 마이크로 암페어(μA)이다. 그래프를 통해, SNG 구조를 적용함으로써 큰 폭으로 출력이 향상된 것을 확인할 수 있다. 또한, 메인 펄스 이후에 유발되는 과도 현상이 충분히 억제된 것을 확인할 수 있다. 14B is a graph comparing terahertz field spectral measurement results of a large-diameter photoconductive antenna using an SNG structure and a conventional photoconductive antenna not including a nanostructure. Here, the x-axis represents time, and the unit is picosecond. The y-axis represents the detector current, and the unit is microamperes (μA). Through the graph, it can be seen that the output is greatly improved by applying the SNG structure. In addition, it can be seen that the transient phenomenon caused after the main pulse is sufficiently suppressed.

도 14a 및 도 14b는 SNG 구조를 적용한 경우에 대한 측정 결과만을 나타내었지만, NG 구조 또는 NE구조를 적용하더라도 출력이 향상됨을 충분히 알 수 있다. 14A and 14B show only the measurement results for the case where the SNG structure is applied, but it can be seen that the output is improved even when the NG structure or the NE structure is applied.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 포토닉 크리스탈 구조를 변형 적용한 대구경 어레이형 테라헤르츠 광전도 안테나의 구조를 나타내는 도면이다. 15 is a diagram illustrating a structure of a large-diameter array-type terahertz photoconductive antenna to which a photonic crystal structure according to an embodiment of the present invention is modified.

도 15를 참조하면, 하나의 행에 상이한 나노 구조를 갖는 단위 격자들(1501, 1502)을 교대로 배열할 수 있다. 예를 들어, 광전도 안테나는 교대로 배열된 제1 단위 격자(1501)와 제2 단위 격자(1502)를 포함한다. 제1 단위 격자(1501)는 제1 주기(714A)를 가지며 앞서 도 7a를 참조하여 설명한 구조를 갖는다. 제2 단위 격자(1502)는 제2 주기(714A)를 가지며 앞서 도 7a를 참조하여 설명한 구조의 변형된 구조를 갖는다. 예를 들어, 제2 단위 격자(1502)는 n(n=2)개의 제2 라인 패턴들(710B)이 연속으로 배열되고, m(m=2) 개의 제3 라인 패턴들(710C)이 연속으로 배열된 구조를 갖는다. 즉, n개의 제2 라인 패턴들(710B)이 연속으로 배열된 후 m개의 제3 라인 패턴들(710C)이 연속으로 배열된 구조를 갖는다. 여기서, n 및 m은 2 이상의 자연수일 수 있다. 또한, 포토닉 크리스탈의 주기(1503) 및 각 단위 격자(1501, 1502)의 폭(1504, 1505)은 1 um 이상으로 설정될 수 있다. 예를 들어, 단위 행의 양극과 음극사이에 형성되는 웨이브가이드 모드(waveguide mode)가 0.1 내지 3 테라헤르츠 대역 사이에 금지 주파수 영역을 갖도록 설계될 수 있다.Referring to FIG. 15, unit grids 1501 and 1502 having different nanostructures may be alternately arranged in one row. For example, the photoconductive antenna includes a first unit grid 1501 and a second unit grid 1502 that are alternately arranged. The first unit grid 1501 has a first period 714A and has a structure described above with reference to FIG. 7A. The second unit grid 1502 has a second period 714A and has a modified structure of the structure described with reference to FIG. 7A. For example, in the second unit grid 1502, n (n=2) second line patterns 710B are continuously arranged, and m (m=2) third line patterns 710C are continuous. It has a structure arranged in. That is, after the n number of second line patterns 710B are arranged in succession, the m number of third line patterns 710C are arranged in succession. Here, n and m may be 2 or more natural numbers. In addition, the period 1503 of the photonic crystal and the widths 1504 and 1505 of each unit grating 1501 and 1502 may be set to 1 um or more. For example, a waveguide mode formed between an anode and a cathode of a unit row may be designed to have a forbidden frequency range between 0.1 and 3 terahertz bands.

이러한 구조에 따르면, 생성된 테라헤르츠파가 전극을 통해 전파되는 것을 막는 포토닉 크리스탈 구조 또는 DBR(Distributed Bragg Reflector) 구조를 구현할 수 있다. 또한, 자유공간으로 방출되는 테라헤르츠파의 비율을 증가시키고, 생성된 테라헤르츠파의 주파수 특성을 개선할 수 있다.According to this structure, it is possible to implement a photonic crystal structure or a Distributed Bragg Reflector (DBR) structure that prevents the generated terahertz wave from propagating through the electrode. In addition, it is possible to increase the ratio of the terahertz wave emitted to the free space and improve the frequency characteristic of the generated terahertz wave.

본 실시예에서는 포토닉 크리스탈 구조 또는 DBR 구조에 SNG 구조를 적용한 경우에 대해 도시하였으나, NG 구조 또는 NE구조를 적용하는 것도 가능하다. 또한, SNG 구조, NG 구조 및 NE 구조를 조합하여 적용하거나, 두 가지 이상의 구조를 주기적으로 적용하거나, 쳐프트 격자(chirped grating) 구조와 같이 비주기적 배열로 적용하는 것도 가능하다.In the present embodiment, a case in which the SNG structure is applied to the photonic crystal structure or the DBR structure is illustrated, but it is also possible to apply the NG structure or the NE structure. In addition, it is also possible to apply a combination of the SNG structure, the NG structure, and the NE structure, apply two or more structures periodically, or apply in an aperiodic arrangement such as a chirped grating structure.

도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 포토닉 크리스탈 구조를 변형 적용한 대구경 어레이형 테라헤르츠 광전도 안테나의 구조를 나타내는 도면이다. 16 is a diagram illustrating a structure of a large-diameter array-type terahertz photoconductive antenna to which a photonic crystal structure according to an embodiment of the present invention is modified.

도 16을 참조하면, 하나의 행에 서로 다른 나노 구조를 갖는 제1 및 제2 단위 격자들(1601, 1602)을 교대로 배열할 수 있다. 예를 들어, 제1 단위 격자(1601)는 NE 구조를 갖고 제2 단위 격자(1602)는 NG 구조를 갖는다. Referring to FIG. 16, first and second unit gratings 1601 and 1602 having different nanostructures may be alternately arranged in one row. For example, the first unit grid 1601 has a NE structure and the second unit grid 1602 has an NG structure.

또한, 단위 격자(1601, 1602) 내에 메타 전극(1603)을 형성하는 것도 가능하다. 예를 들어, NE 구조를 갖는 제1 단위 격자 구조(1601) 내에 메타 전극(1603)을 형성할 수 있으며, 메타 전극(1603)은 플로팅 전극일 수 있다. In addition, it is possible to form the meta electrode 1603 in the unit grids 1601 and 1602. For example, the meta electrode 1603 may be formed in the first unit grid structure 1601 having the NE structure, and the meta electrode 1603 may be a floating electrode.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예들에 따라 구체적으로 기록되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical idea of the present invention has been specifically recorded according to the above preferred embodiments, it should be noted that the above embodiments are for the purpose of explanation and not for the limitation thereof. In addition, those of ordinary skill in the technical field of the present invention will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical spirit of the present invention.

710: 제1 전극 710A: 제1 라인 패턴
710B: 제2 라인 패턴 710C: 제3 라인 패턴
720: 제2 전극 720A: 제4 라인 패턴
720B: 제5 라인 패턴 720C: 제6 라인 패턴710: first electrode 710A: first line pattern
710B: second line pattern 710C: third line pattern
720: second electrode 720A: fourth line pattern
720B: fifth line pattern 720C: sixth line pattern

Claims (13)

제1 방향으로 확장된 제1 라인 패턴, 상기 제1 라인 패턴과 연결되고 상기 제1 방향과 교차된 제2 방향으로 확장된 복수의 제2 라인 패턴들 및 상기 제1 라인 패턴과 연결되고 상기 제2 방향으로 확장되고 상기 복수의 제2 라인 패턴들의 사이에 위치되고 상기 제2 라인 패턴들에 비해 긴 길이를 갖는 복수의 제3 라인 패턴들을 포함하는 제1 전극; 및
상기 제1 방향으로 확장된 제4 라인 패턴, 상기 제4 라인 패턴과 연결되고 상기 제2 방향으로 확장된 복수의 제5 라인 패턴들 및 상기 제4 라인 패턴과 연결되고 상기 제2 방향으로 확장되고 상기 복수의 제5 라인 패턴들의 사이에 위치되고 상기 제5 라인 패턴들에 비해 긴 길이를 갖는 복수의 제6 라인 패턴들을 포함하고, 상기 제1 전극과 마주하여 배치된 제2 전극
을 포함하는 포토닉 크리스탈 구조의 대구경 테라헤르츠 발생 장치.
A first line pattern extending in a first direction, a plurality of second line patterns connected to the first line pattern and extending in a second direction crossing the first direction, and a plurality of second line patterns connected to the first line pattern, A first electrode extending in two directions, positioned between the plurality of second line patterns, and including a plurality of third line patterns having a length longer than that of the second line patterns; And
A fourth line pattern extending in the first direction, a plurality of fifth line patterns connected to the fourth line pattern and extending in the second direction, and connected to the fourth line pattern, and extending in the second direction, A second electrode disposed between the plurality of fifth line patterns and including a plurality of sixth line patterns having a length longer than that of the fifth line patterns, and disposed to face the first electrode
Large-diameter terahertz generation device of a photonic crystal structure comprising a.
 제1항에 있어서,
상기 제1 라인 패턴과 상기 제4 라인 패턴이 마주하도록 배치되고, 상기 제1 라인 패턴과 상기 제4 라인 패턴의 사이에 상기 복수의 제2 라인 패턴들, 상기 복수의 제3 라인 패턴들, 상기 복수의 제5 라인 패턴들 및 상기 복수의 제6 라인 패턴들이 위치된
포토닉 크리스탈 구조의 대구경 테라헤르츠 발생 장치.
The method of claim 1,
The first line pattern and the fourth line pattern are disposed to face each other, and the plurality of second line patterns, the plurality of third line patterns, and the plurality of line patterns are disposed between the first line pattern and the fourth line pattern. A plurality of fifth line patterns and the plurality of sixth line patterns are located
A large-diameter terahertz generator with a photonic crystal structure.
 제1항에 있어서,
상기 복수의 제2 라인 패턴들과 상기 복수의 제6 라인 패턴들은 상호 대응되도록 위치되고, 상기 복수의 제3 라인 패턴들과 상기 복수의 제5 라인 패턴들은 상호 대응되도록 위치되고, 상기 복수의 제3 라인 패턴들과 상기 복수의 제6 라인 패턴들이 상기 제1 방향으로 일부 중첩된
포토닉 크리스탈 구조의 대구경 테라헤르츠 발생 장치.
The method of claim 1,
The plurality of second line patterns and the plurality of sixth line patterns are positioned to correspond to each other, the plurality of third line patterns and the plurality of fifth line patterns are positioned to correspond to each other, and the plurality of second line patterns 3 line patterns and the plurality of sixth line patterns partially overlapped in the first direction
A large-diameter terahertz generator with a photonic crystal structure.
 제1항에 있어서,
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 하나의 단위 격자를 구성하고, 복수의 단위 격자들이 하나의 행을 구성하는
포토닉 크리스탈 구조의 대구경 테라헤르츠 발생 장치.
The method of claim 1,
The first electrode and the second electrode constitute one unit grid, and a plurality of unit grids constitute one row.
A large-diameter terahertz generator with a photonic crystal structure.
 제4항에 있어서,
상기 하나의 행에 제1 단위 격자들과 제2 단위 격자들이 교대로 배열되고, 상기 제1 단위 격자들에 포함된 이웃한 제2 라인 패턴과 제3 라인 패턴 간의 제1 간격이 상기 제2 단위 격자들에 포함된 이웃한 제2 라인 패턴과 제3 라인 패턴 간의 제2 간격과 상이한
포토닉 크리스탈 구조의 대구경 테라헤르츠 발생 장치.
The method of claim 4,
First unit grids and second unit grids are alternately arranged in one row, and a first interval between adjacent second line patterns and third line patterns included in the first unit grids is the second unit Different from the second spacing between the adjacent second line pattern and the third line pattern included in the grids
A large-diameter terahertz generator with a photonic crystal structure.
 제1항에 있어서,
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 하나의 단위 격자를 구성하고, 복수의 단위 격자들이 복수의 행들을 구성하는
포토닉 크리스탈 구조의 대구경 테라헤르츠 발생 장치.
The method of claim 1,
The first electrode and the second electrode constitute one unit grid, and a plurality of unit grids constitute a plurality of rows.
A large-diameter terahertz generator with a photonic crystal structure.
 제6항에 있어서,
상기 복수의 행들 사이에 위치된 역전압 영역; 및
상기 역전압 영역을 커버하는 금속 패턴
을 더 포함하는 포토닉 크리스탈 구조의 대구경 테라헤르츠 발생 장치.
The method of claim 6,
A reverse voltage region positioned between the plurality of rows; And
Metal pattern covering the reverse voltage region
Large-diameter terahertz generation device of a photonic crystal structure further comprising a.
 제1항에 있어서,
상기 제1 전극은 n개의 상기 제2 라인 패턴들이 연속으로 배열되고, m개의 상기 제3 라인 패턴들이 연속으로 배열되고, 여기서, n 및 m은 2 이상의 자연수인
포토닉 크리스탈 구조의 대구경 테라헤르츠 발생 장치.
The method of claim 1,
In the first electrode, n number of the second line patterns are arranged in succession, and m number of the third line patterns are arranged in succession, where n and m are natural numbers of 2 or more.
A large-diameter terahertz generator with a photonic crystal structure.
 제8항에 있어서,
상기 복수의 제2 라인 패턴들과 상기 복수의 제5 라인 패턴들은 상호 대응되도록 위치되고, 상기 복수의 제3 라인 패턴들과 상기 복수의 제6 라인 패턴들은 상호 대응되도록 위치된
포토닉 크리스탈 구조의 대구경 테라헤르츠 발생 장치.
The method of claim 8,
The plurality of second line patterns and the plurality of fifth line patterns are positioned to correspond to each other, and the plurality of third line patterns and the plurality of sixth line patterns are positioned to correspond to each other.
A large-diameter terahertz generator with a photonic crystal structure.
 제9항에 있어서,
상기 복수의 제2 라인 패턴들과 상기 복수의 제5 라인 패턴들의 사이에 위치된 메타 전극
을 더 포함하는 포토닉 크리스탈 구조의 대구경 테라헤르츠 발생 장치.
The method of claim 9,
Meta electrode positioned between the plurality of second line patterns and the plurality of fifth line patterns
Large-diameter terahertz generation device of a photonic crystal structure further comprising a.
 제1항에 있어서,
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 핑거 형태를 갖는
포토닉 크리스탈 구조의 대구경 테라헤르츠 발생 장치.
The method of claim 1,
The first electrode and the second electrode have a finger shape
A large-diameter terahertz generator with a photonic crystal structure.
 제1항에 있어서,
상기 테라헤르츠 발생 장치는 광전도 안테나인
포토닉 크리스탈 구조의 대구경 테라헤르츠 발생 장치.
The method of claim 1,
The terahertz generating device is a photoconductive antenna
A large-diameter terahertz generator with a photonic crystal structure.
 제1항에 있어서,
상기 테라헤르츠 발생 장치는 대구경 어레이형 포토닉 크리스탈 포토믹서인
포토닉 크리스탈 구조의 대구경 테라헤르츠 발생 장치.The method of claim 1,
The terahertz generator is a large-diameter array-type photonic crystal photomixer.
A large-diameter terahertz generator with a photonic crystal structure.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5663639A (en) 1994-01-18 1997-09-02 Massachusetts Institute Of Technology Apparatus and method for optical heterodyne conversion
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101011629B1 (en) * 2009-03-25 2011-01-28 아주대학교산학협력단 Terahertz photomixer antenna and antenna device including thereof
KR102612838B1 (en) * 2017-08-03 2023-12-13 데이진 가부시키가이샤 Separator for non-aqueous secondary battery, and non-aqueous secondary battery

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5663639A (en) 1994-01-18 1997-09-02 Massachusetts Institute Of Technology Apparatus and method for optical heterodyne conversion
US8039802B2 (en) 2009-09-18 2011-10-18 Electronics And Telecommunications Research Institute Apparatus for generating/detecting THz wave and method of manufacturing the same

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