KR102362536B1 - Thin photoconductive antenna for terahertz wave - Google Patents

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Abstract

본 발명의 테라헤르츠파의 광전도 안테나에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 반구형 렌즈 대신 박막 형태의 집속부를 포함하는 박막형 테라헤르츠파 광전도 안테나에 관한 것이다. 본 발명에 따른 박막형 테라헤르츠파 광전도 안테나는, 광전도 기판(10); 광전도 기판(10) 전면에 형성되는 금속 전극(30); 및 광전도 기판(10) 후면에 형성되고, 패터닝된 마이크로 구조체(150)를 포함하는 집속부(50);를 포함한다. The present invention relates to a terahertz wave photoconductive antenna, and more particularly, to a thin film type terahertz wave photoconductive antenna including a thin film focusing part instead of a hemispherical lens. A thin film type terahertz wave photoconductive antenna according to the present invention comprises: a photoconductive substrate 10; a metal electrode 30 formed on the entire surface of the photoconductive substrate 10; and a focusing portion 50 formed on the back surface of the photoconductive substrate 10 and including the patterned microstructure 150 .

Description

박막형 테라헤르츠파 광전도 안테나{THIN PHOTOCONDUCTIVE ANTENNA FOR TERAHERTZ WAVE}Thin-film terahertz wave photoconductive antenna

본 발명의 테라헤르츠파의 광전도 안테나에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 반구형 렌즈 대신 박막 형태의 집속부를 포함하는 박막형 테라헤르츠파 광전도 안테나에 관한 것이다. The present invention relates to a terahertz wave photoconductive antenna, and more particularly, to a thin film type terahertz wave photoconductive antenna including a thin film focusing part instead of a hemispherical lens.

테라헤르츠(Terahertz, THz)는 마이크로파(<100GHz)와 적외선(>10THz) 사이의 전자기파 스펙트럼 영역에 주어진 명칭으로서, 테라헤르츠파는 최근 첨단기술의 발전에 힘입어 차세대 전파자원으로 인정되면서 많은 주목을 받고 있다. Terahertz (THz) is a name given to the electromagnetic wave spectrum region between microwave (<100 GHz) and infrared (> 10 THz). have.

특히, 테라헤르츠파는 가시광선처럼 직진하면서 전파와 같이 다양한 물질에 대한 투과성이 우수하다. 이로 인하여 물리, 화학, 생물학 등의 기초과학뿐만 아니라 산업 구조물의 비파괴 검사 분야에도 적용이 가능하고 위조지폐, 마약, 폭발물, 생화학무기 등의 감지에도 활용되는 등 광범위한 분야에서의 그 활용이 기대되고 있다. 또한, 고속 데이터 처리, 무선통신, 위성간 통신 등의 정보통신분야에서도 테라헤르츠 기술이 널리 사용될 것으로 전망되고 있다. In particular, terahertz waves travel straight like visible light and have excellent transmittance to various materials such as radio waves. Due to this, it can be applied not only to basic science such as physics, chemistry, and biology, but also to non-destructive inspection of industrial structures, and is expected to be used in a wide range of fields, such as detecting counterfeit bills, narcotics, explosives, and biological and chemical weapons. . In addition, terahertz technology is expected to be widely used in information communication fields such as high-speed data processing, wireless communication, and inter-satellite communication.

테라헤르츠파의 발생 및 검출에는 광전도 안테나(photoconductive antenna)가 사용되고 있다. 신호 대 잡음비(signal-to-noise ratio)가 높고 대역폭(bandwidth)이 매우 넓은 등의 장점으로 인해 개발 이래 수십년이 지난 지금에도 광전도 안테나가 널리 사용되고 있다. 게다가 비교적 낮은 비용으로 필요 조건에 따라 다양한 형태의 전극 구조를 제작해서 사용할 수 있는 특징도 있다. A photoconductive antenna is used for generation and detection of terahertz waves. Due to advantages such as a high signal-to-noise ratio and a very wide bandwidth, a photoconductive antenna is still widely used even after several decades since its development. In addition, it has the feature that various types of electrode structures can be manufactured and used according to the required conditions at a relatively low cost.

도 1에 도시된 바와 같이, 광전도 안테나는 갈륨비소(GaAs) 기판(2), 테라헤르츠 다이폴 안테나 전극(4) 및 실리콘(Si) 렌즈(6)를 포함한다. 광전도 안테나를 통한 테라헤르츠파 검출 효율을 향상시키기 위해서는 대략 수 마이크로미터에 해당하는 좁은 전극(4) 사이로 테라헤르츠파를 집속하여야 하는데, 현재 반구형의 실리콘 렌즈(6)가 이를 담당하고 있다. 실리콘이 사용되는 것은 효율 증대를 위함인데, 구체적으로는, 광전도 기판인 GaAs와 굴절률이 거의 같아 Si-GaAs 계면간 반사가 최소화되기 때문이다. Si 렌즈의 반지름 내지는 두께(t1)는 수 cm로서, 전체 광전도 안테나의 두께는 실제로 상당히 두껍다. As shown in FIG. 1 , the photoconductive antenna includes a gallium arsenide (GaAs) substrate 2 , a terahertz dipole antenna electrode 4 and a silicon (Si) lens 6 . In order to improve the terahertz wave detection efficiency through the photoconductive antenna, it is necessary to focus the terahertz wave between the narrow electrodes 4 corresponding to approximately several micrometers, and a hemispherical silicon lens 6 is currently in charge of this. Silicon is used to increase the efficiency, specifically, because the refractive index is almost the same as that of the photoconductive substrate GaAs, so that the reflection between the Si-GaAs interface is minimized. The radius or thickness (t 1 ) of the Si lens is several cm, and the thickness of the entire photoconductive antenna is actually quite thick.

다만, 다가올 6G(the sixth-generation mobile network) 시대에 앞서, 각종 소형 모바일 장치에 적용을 위해서는 두께가 매우 작은 테라헤르츠파 안테나가 요구되고 있다. However, ahead of the coming 6G (the sixth-generation mobile network) era, a terahertz wave antenna having a very small thickness is required for application to various small mobile devices.

공개특허공보 제10-2012-0036745호 (공개일자: 2012.04.18)Laid-open Patent Publication No. 10-2012-0036745 (published on: April 18, 2012)

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, The present invention has been devised to solve the above problems,

두께가 작은 박막형 테라헤르츠파 광전도 안테나를 제공하는데 목적이 있다. An object of the present invention is to provide a thin film type terahertz wave photoconductive antenna having a small thickness.

본 발명에 따르면, 전체적인 실리콘 렌즈의 형상이 반구가 아닌 박막 형태로 형성되는 박막형 테라헤르츠파 광전도 안테나를 제공하고자 한다. According to the present invention, it is an object of the present invention to provide a thin film type terahertz wave photoconductive antenna in which the overall shape of the silicon lens is formed in the form of a thin film rather than a hemisphere.

본 발명의 목적은 이상에서 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자(이하 '통상의 기술자')에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The object of the present invention is not limited to the object mentioned above, and other objects not mentioned are clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the description below (hereinafter 'person of ordinary skill') it could be

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하고, 후술하는 본 발명의 특징적인 기능을 수행하기 위한, 본 발명의 특징은 다음과 같다. In order to achieve the object of the present invention as described above and perform the characteristic functions of the present invention to be described later, the features of the present invention are as follows.

본 발명에 따른 박막형 테라헤르츠파 광전도 안테나는 광전도 기판; 상기 광전도 기판 전면에 형성되는 금속 전극; 및 상기 광전도 기판 후면에 형성되고, 패터닝된 마이크로 구조체를 포함하는 집속부;를 포함한다. A thin film type terahertz wave photoconductive antenna according to the present invention comprises: a photoconductive substrate; a metal electrode formed on the entire surface of the photoconductive substrate; and a focusing portion formed on the rear surface of the photoconductive substrate and including a patterned microstructure.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 집속부는 상기 광전도 기판 후면에 별개로 형성된다. 바람직하게, 상기 집속부는 고저항 실리콘으로 형성된다. According to an embodiment of the present invention, the focusing portion is separately formed on the rear surface of the photoconductive substrate. Preferably, the focusing portion is formed of high-resistance silicon.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 집속부는 광전도 기판과 일체로 형성되고, 바람직하게는, 상기 광전도 기판은 갈륨비소로 형성된다. According to another embodiment of the present invention, the focusing part is formed integrally with the photoconductive substrate, and preferably, the photoconductive substrate is formed of gallium arsenide.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 마이크로 구조체는 원통, 직육면체, 정육면체 및 십자체 형상 중 적어도 하나를 포함한다. According to an embodiment of the present invention, the microstructure includes at least one of a cylinder, a cuboid, a cube, and a cross shape.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 마이크로 구조체의 높이는 50 내지 300㎛이고, 너비는 5 내지 300㎛이다. According to an embodiment of the present invention, the height of the microstructure is 50 to 300㎛, and the width is 5 to 300㎛.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 마이크로 구조체는 필요 위상에 대응하도록 서로 동일한 간격 또는 각각 다른 간격으로 형성된다. According to an embodiment of the present invention, the microstructures are formed at the same interval or at different intervals to correspond to the required phase.

본 발명의 실시예에 따르면, 하기 수학식 1에 기초하여 집속부의 중심으로부터 각 마이크로 구조체의 거리가 계산된다. According to an embodiment of the present invention, the distance of each microstructure from the center of the focusing part is calculated based on Equation 1 below.

[수학식 1]

Figure 112020058110821-pat00001
[Equation 1]
Figure 112020058110821-pat00001

(수학식 1에서

Figure 112020058110821-pat00002
는 위상(radian), λ는 파장(㎛) 및 f는 초점거리(㎛)임)(in Equation 1
Figure 112020058110821-pat00002
is the phase (radian), λ is the wavelength (μm), and f is the focal length (μm))

본 발명에 따르면, 두께가 작은 박막형 테라헤르츠파 광전도 안테나가 제공된다.According to the present invention, a thin film type terahertz wave photoconductive antenna having a small thickness is provided.

본 발명에 따르면, 전체적인 실리콘 렌즈의 형상이 반구가 아닌 박막 형태로 형성되는 박막형 테라헤르츠파 광전도 안테나가 제공된다. According to the present invention, there is provided a thin film type terahertz wave photoconductive antenna in which the overall shape of a silicon lens is formed in a thin film form rather than a hemisphere.

본 발명의 효과는 전술한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 인식될 수 있을 것이다.Effects of the present invention are not limited to those described above, and other effects not mentioned will be clearly recognized by those skilled in the art from the following description.

도 1은 통상의 테라헤르츠파 광전도 안테나를 도시하고,
도 2는 본 발명에 따른 테라헤르츠파 광전도 안테나를 도시하고,
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 테라헤르츠파 광전도 안테나를 도시하고,
도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막형 테라헤르츠파 광전도 안테나를 도시하고,
도 4a 내지 4c는 본 발명의 구현예에 따른 마이크로 구조체를 도시하고,
도 5는 집속부에 마이크로 구조체가 형성되는 개념도를 도시하고,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막형 테라헤르츠파 광전도 안테나를 도시하며,
도 7은 마이크로 구조체의 너비에 따른 위상 변화를 나타내는 그래프를 도시한다. 1 shows a conventional terahertz wave photoconductive antenna;
2 shows a terahertz wave photoconductive antenna according to the present invention;
3A shows a thin film type terahertz wave photoconductive antenna according to an embodiment of the present invention;
3B shows a thin film type terahertz wave photoconductive antenna according to another embodiment of the present invention;
4a to 4c show a microstructure according to an embodiment of the present invention,
5 shows a conceptual diagram in which a microstructure is formed in the focusing portion,
6 shows a thin film type terahertz wave photoconductive antenna according to another embodiment of the present invention;
7 is a graph showing the phase change according to the width of the microstructure.

발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The specific structural or functional descriptions presented in the embodiments of the present invention are only exemplified for the purpose of describing the embodiments according to the concept of the present invention, and the embodiments according to the concept of the present invention may be implemented in various forms. In addition, it should not be construed as being limited to the embodiments described herein, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

한편, 본 발명에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소들과 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다. Meanwhile, in the present invention, terms such as first and/or second may be used to describe various components, but the components are not limited to the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one element from other elements, for example, within the scope of not departing from the scope of the rights according to the concept of the present invention, the first element may be named as the second element, Similarly, the second component may also be referred to as a first component.

어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 또는 "직접 접촉되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 인접하는"과 "~에 직접 인접하는"등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.When a component is referred to as being “connected” or “connected” to another component, it should be understood that the other component may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in between. something to do. On the other hand, when an element is referred to as being “directly connected” or “in direct contact with” another element, it should be understood that no other element is present in the middle. Other expressions for describing the relationship between elements, that is, “between” and “immediately between” or “adjacent to” and “directly adjacent to”, should be interpreted similarly.

명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급되지 않는 한 복수형도 포함된다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. Like reference numerals refer to like elements throughout. Meanwhile, the terminology used herein is for the purpose of describing the embodiments and is not intended to limit the present invention. In this specification, the singular form also includes the plural form unless otherwise specified in the phrase. As used herein, “comprises” and/or “comprising” means that the stated component, step, operation and/or element is the presence of one or more other components, steps, operations and/or elements. or addition is not excluded.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따른 박막형 테라헤르츠파 광전도 안테나는 광전도 기판(10), 금속 전극(30) 및 집속부(50)를 포함한다. The thin film type terahertz wave photoconductive antenna according to the present invention includes a photoconductive substrate 10 , a metal electrode 30 , and a focusing unit 50 .

도 2에는 본 발명의 실시예에 따른 테라헤르츠파의 검출기를 도시하고 있으나 본 발명은 테라헤르츠바의 생성기에도 적용될 수 있다. Although FIG. 2 shows a terahertz wave detector according to an embodiment of the present invention, the present invention can also be applied to a terahertz bar generator.

광전도 기판(10) 상에는 광전도체 박막(미도시)이 형성되어 있고, 광전도체 박막 상에 금속 전극(30)이 형성된다. 광전도 기판(10)은, 바람직하게, 갈륨비소(GaAs)로 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며 테라헤르츠파 영역에서 고 굴절률을 갖는 물질이면 족하다. 광전도 기판(10)의 전면에는 금속 전극(30)이 형성된다. A photoconductor thin film (not shown) is formed on the photoconductive substrate 10 , and a metal electrode 30 is formed on the photoconductor thin film. The photoconductive substrate 10 may preferably be formed of gallium arsenide (GaAs), but is not limited thereto, and any material having a high refractive index in the terahertz wave region is sufficient. A metal electrode 30 is formed on the front surface of the photoconductive substrate 10 .

광전도 기판(10)의 후면에는 집속부(50)가 형성되고, 집속부(50)는 표면에 패터닝된 나노 또는 마이크로 구조체(150)를 포함한다. 이하에서는 나노 또는 마이크로 구조체(150)를 편의상 마이크로 구조체(150)로 지칭하기로 한다. A focusing portion 50 is formed on the rear surface of the photoconductive substrate 10 , and the focusing portion 50 includes a nano or microstructure 150 patterned on the surface. Hereinafter, the nano or microstructure 150 will be referred to as a microstructure 150 for convenience.

도 3a를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따르면, 집속부(50)는 광전도 기판(10) 후면에 광전도 기판(10)과 별개로 형성되어 광전도 기판(10)에 결합된다. 집속부(50)는 실리콘으로 형성될 수 있고, 바람직하게는, 고저항 실리콘으로 형성된다. 예를 들어, 집속부(50)는 고저항 플롯존 실리콘(High-Resistivity Float-Zone Silicon, HRFZ Si)일 수 있다. Referring to FIG. 3A , according to an embodiment of the present invention, the focusing part 50 is formed separately from the photoconductive substrate 10 on the rear surface of the photoconductive substrate 10 and is coupled to the photoconductive substrate 10 . The focusing portion 50 may be formed of silicon, preferably, high-resistance silicon. For example, the focusing unit 50 may be a high-resistivity float-zone silicon (HRFZ Si).

도 3b를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따르면, 집속부(50)는 광전도 기판(10)과 일체로 형성될 수 있다. 즉, 집속부(50)는 광전도 기판(10)의 후면을 구성할 수 있다. 이 경우, 집속부(50)는 광전도 기판(10)과 동일한 물질로 형성되며, 전술한 바와 같이, 갈륨비소로 형성될 수 있다. Referring to FIG. 3B , according to an embodiment of the present invention, the focusing part 50 may be integrally formed with the photoconductive substrate 10 . That is, the focusing part 50 may constitute the rear surface of the photoconductive substrate 10 . In this case, the focusing portion 50 is formed of the same material as the photoconductive substrate 10 , and as described above, may be formed of gallium arsenide.

본 발명에 따르면, 집속부(50)는, 기존 반구형의 실리콘 렌즈와 달리, 전체적인 형상에서 반구형이 아닌 평판 형상을 취하도록 구성된다. 이를 위하여 집속부(50)의 표면에는 복수의 마이크로 구조체(150)가 패터닝된다. According to the present invention, the focusing part 50 is configured to take a flat plate shape rather than a hemispherical shape in the overall shape, unlike the conventional hemispherical silicone lens. To this end, a plurality of microstructures 150 are patterned on the surface of the focusing portion 50 .

도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 구현에에 따르면, 마이크로 구조체(150)는 원통형, 타원통형, 정육면체 및 직육면체 등 다각면체 및 십자체(cross shape) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 마이크로 구조체(150)는 이 중 하나만으로 구성될 수도 있고 이들로부터 선택되는 조합으로 구성될 수도 있다. As shown in FIGS. 4A to 4C , according to an embodiment of the present invention, the microstructure 150 may include any one of a polyhedron and a cross shape, such as a cylinder, an elliptical cylinder, a cube, and a cuboid. have. The microstructure 150 may be composed of only one of them or a combination selected from them.

본 발명의 구현예에 따르면, 마이크로 구조체(150)는 다양한 형태를 취할 수 있다. 다만, 마이크로 구조체(150)의 너비(d)는 1 내지 500㎛의 범위 내에 속하고, 바람직하게는, 5 내지 300㎛이다. 또한, 마이크로 구조체(150)의 높이(h)는 10 내지 600㎛의 범위 내에 속하고, 바람직하게는 50 내지 300㎛이다. 각 구조체(150)의 주기는 5 내지 500㎛일 수 있고, 바람직하게는, 10 내지 300㎛이다. 이들은 100㎛ 내지 3 mm의 테라헤르츠파 파장 영역에서 동작할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the microstructure 150 may take various forms. However, the width (d) of the microstructure 150 is within the range of 1 to 500㎛, preferably, 5 to 300㎛. In addition, the height (h) of the microstructure 150 is in the range of 10 to 600㎛, preferably 50 to 300㎛. The period of each structure 150 may be 5 to 500 μm, preferably, 10 to 300 μm. They can operate in the terahertz wave wavelength region of 100 μm to 3 mm.

본 발명의 구현예에 따르면, 패터닝된 각 마이크로 구조체(150)는 같은 직경(d)를 갖을 수도 있고, 모두 다른 직경(d)을 갖을 수도 있다. 바람직하게는, 도 5에 도시된 바와 같이, 패터닝된 마이크로 구조체(150)는 둘 이상의 다른 직경을 갖는 마이크로 구조체(150)의 조합일 수 있다. 즉, 서로 다른 직경을 갖는 마이크로 구조체(150)를 아래 수학식 1에 기초하여 적절하게 배치하여 위상 변화에 대응하면서도 집속부(50)를 판상으로 유지할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, each of the patterned microstructures 150 may have the same diameter d, or they may all have different diameters d. Preferably, as shown in FIG. 5 , the patterned microstructure 150 may be a combination of microstructures 150 having two or more different diameters. That is, by appropriately disposing the microstructures 150 having different diameters based on Equation 1 below, it is possible to maintain the focusing portion 50 in a plate shape while responding to a phase change.

본 발명의 구현예에 따르면, 집속부(50) 상에 각 마이크로 구조체(150)는 동일한 간격을 두고 형성된다. 본 발명의 구현예에 따르면, 각 마이크로 구조체(150)는 서로 다른 간격으로 형성된다. 다만, 필요 위상에 따라 아래 수학식 1에 기초하여 각 마이크로 구조체(150)를 배치하므로 일부 구조체(150)는 같은 간격을 두고 형성되고, 일부 구조체(150)는 다른 간격을 두고 배치될 수 있다.According to the embodiment of the present invention, each microstructure 150 on the focusing portion 50 is formed with the same spacing. According to an embodiment of the present invention, each microstructure 150 is formed at different intervals. However, since each microstructure 150 is disposed based on Equation 1 below according to the necessary phase, some structures 150 are formed at the same interval, and some structures 150 may be disposed at different intervals.

도 6을 참조하면, 전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 박막형 테라헤르츠파 광전도 안테나는 테라헤르츠파의 생성기 및 검출기 모두에 적용될 수 있다. Referring to FIG. 6 , as described above, the thin film type terahertz wave photoconductive antenna according to the present invention can be applied to both a terahertz wave generator and a detector.

본 발명에 따른 박막형 테라헤르츠파 광전도 안테나의 작동 및 효과는 아래와 같다. The operation and effect of the thin film type terahertz wave photoconductive antenna according to the present invention are as follows.

렌즈가 빛을 모을 수 있는 이유는 렌즈의 중심에서 멀어질수록 단계적으로 빛이 느끼는 위상 변화가 작아지기 때문이다. 이러한 위상 변화를 주기 위해 렌즈의 중심부와 주변부의 두께는 달라지며, 중심부일수록 점점 두꺼워지게 된다. The reason the lens can collect light is that the phase change felt by the light gradually decreases as the distance from the center of the lens increases. In order to give such a phase change, the thicknesses of the center and the periphery of the lens are different, and the center becomes thicker.

본 발명은 박막형 렌즈를 구현하기 위해 얇고 투과율이 높지만 0°에서 360°까지 자유롭게 위상을 조절할 수 있는 새로운 방법을 고안하였다. 즉, 기존 반구형의 실리콘 렌즈를 대체하여 실리콘 기판에 마이크로 패터닝을 하는 것으로서, 패터닝은 실리콘 기판 또는 갈륨비소 기판 둘 중 어디에든 형성될 수 있다. 위상은 조절가능하면서도 집속부(50)의 두께(t2)는 100㎛ 이하로 할 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 패터닝된 마이크로 구조체(150)의 너비(d)에 따라 위상(

Figure 112020058110821-pat00003
, 각도(°)) 변화가 생성될 수 있음을 확인할 수 있었다.In order to realize a thin film lens, the present invention devised a new method that is thin and has high transmittance, but can freely adjust the phase from 0° to 360°. That is, micro-patterning is performed on a silicon substrate by replacing the conventional hemispherical silicon lens, and the patterning can be formed on either a silicon substrate or a gallium arsenide substrate. Although the phase is adjustable, the thickness t 2 of the focusing portion 50 may be 100 μm or less. As shown in FIG. 7 , depending on the width d of the patterned microstructure 150, the phase (
Figure 112020058110821-pat00003
, it was confirmed that an angle (°)) change can be generated.

수학식 1에 따라 계산되는 집속부(50)의 중심으로부터의 거리(r, ㎛)에 따라 마이크로 구조체(150)를 형성함으로써 박막 형태의 집속부(50)를 획득할 수 있다. 여기에서

Figure 112020058110821-pat00004
는 위상(radian), λ는 파장(㎛) 및 f는 초점거리(㎛) 이다. By forming the microstructure 150 according to the distance (r, μm) from the center of the focusing portion 50 calculated according to Equation 1, the focusing portion 50 in the form of a thin film may be obtained. From here
Figure 112020058110821-pat00004
is the phase (radian), λ is the wavelength (μm), and f is the focal length (μm).

Figure 112020058110821-pat00005
Figure 112020058110821-pat00005

테라헤르츠 파는 통신, 비파괴 검사, 바이오메디컬 이미징, 가스 센싱, 물질 분석 등에 널리 쓰일 수 있는 기술적으로 매우 중요한 파장 영역대이다. 광전도 안테나는 이러한 테라헤르츠파를 발생시키고 검출하는데 탁월한 성능을 발휘하지만 그동안 두꺼운 실리콘 렌즈 때문에 넓은 면적을 차지해야 했고 응용분야가 제한적이었다. The terahertz wave is a technically very important wavelength band that can be widely used in communications, non-destructive testing, biomedical imaging, gas sensing, and material analysis. The photoconductive antenna has excellent performance in generating and detecting these terahertz waves, but it has to occupy a large area due to the thick silicon lens and has limited application fields.

본 발명에 따른 박막형 테라헤르츠파 광전도 안테나에 따르면, 광전도 안테나의 장점은 살리면서 컴팩트한 셋업을 만들 수 있기 때문에 두꺼운 두께로 인해 기술적으로 제약이 많았던 부분을 상당부분 극복할 수 있을 것으로 기대된다.According to the thin film type terahertz wave photoconductive antenna according to the present invention, it is possible to make a compact setup while maintaining the advantages of the photoconductive antenna. .

또한 얇은 광전도 안테나는 6G 시대에 테라헤르츠파의 응용을 위해 반드시 필요한 기술로 6G의 상용화에 크게 도모할 수 있을 것이다. In addition, the thin photoconductive antenna is an essential technology for the application of terahertz waves in the 6G era, and it will greatly promote the commercialization of 6G.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.The present invention described above is not limited by the above-described embodiments and the accompanying drawings, and it is common in the technical field to which the present invention pertains that various substitutions, modifications and changes are possible within the scope without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those who have the knowledge of

10: 광전도기판 30: 전극
50: 집속부 150: 마이크로 구조체 10: photoconductive substrate 30: electrode
50: focusing part 150: micro structure

Claims (9)

광전도 기판;
상기 광전도 기판 전면에 형성되는 금속 전극; 및
상기 광전도 기판 후면에 형성되고, 패터닝된 마이크로 구조체를 포함하는 집속부;
를 포함하고,
상기 집속부는 복수의 마이크로 구조체를 포함하고, 각 마이크로 구조체는 원통, 직육면체 및 십자체 형상 중 적어도 하나를 포함하고,
위상 변화를 위하여, 상기 마이크로 구조체 중 적어도 일부는 서로 다른 너비를 갖고, 상기 마이크로 구조체 중 적어도 일부는 이웃하는 마이크로 구조체와 상이한 간격을 갖도록 배치되는 것인 박막형 테라헤르츠파 광전도 안테나. photoconductive substrate;
a metal electrode formed on the entire surface of the photoconductive substrate; and
a focusing portion formed on a rear surface of the photoconductive substrate and including a patterned microstructure;
including,
The focusing part includes a plurality of microstructures, and each microstructure includes at least one of a cylindrical shape, a rectangular parallelepiped shape, and a cross body shape,
For a phase change, at least some of the microstructures have different widths, and at least some of the microstructures are disposed to have a different spacing from neighboring microstructures. 청구항 1에 있어서, 상기 집속부는 상기 광전도 기판 후면에 별개로 형성되는 것인 박막형 테라헤르츠파 광전도 안테나. The thin film type terahertz wave photoconductive antenna of claim 1, wherein the focusing part is separately formed on a rear surface of the photoconductive substrate. 청구항 2에 있어서, 상기 집속부는 고저항 실리콘으로 형성되는 것인 박막형 테라헤르츠파 광전도 안테나. The thin film type terahertz wave photoconductive antenna of claim 2, wherein the focusing part is formed of high-resistance silicon. 청구항 1에 있어서, 상기 집속부는 광전도 기판과 일체로 형성되는 것인 박막형 테라헤르츠파 광전도 안테나. The thin film type terahertz wave photoconductive antenna of claim 1, wherein the focusing unit is integrally formed with the photoconductive substrate. 청구항 4에 있어서, 상기 광전도 기판은 갈륨비소로 형성되는 것인 박막형 테라헤르츠파 광전도 안테나. The thin film type terahertz wave photoconductive antenna of claim 4, wherein the photoconductive substrate is formed of gallium arsenide. 삭제delete 청구항 1에 있어서, 상기 마이크로 구조체의 높이는 50 내지 300㎛이고, 너비는 5 내지 300㎛인 것인 박막형 테라헤르츠파 광전도 안테나. The thin film type terahertz wave photoconductive antenna of claim 1, wherein the microstructure has a height of 50 to 300 μm and a width of 5 to 300 μm. 삭제delete 청구항 1에 있어서,
하기 수학식 1에 기초하여 집속부의 중심으로부터 각 마이크로 구조체의 거리(r)가 계산되는 것인 박막형 테라헤르츠파 광전도 안테나.
[수학식 1]
Figure 112021113892506-pat00006

(수학식 1에서
Figure 112021113892506-pat00007
는 위상(radian), λ는 파장(㎛) 및 f는 초점거리(㎛)임)
The method according to claim 1,
A thin film type terahertz wave photoconductive antenna in which the distance (r) of each microstructure from the center of the focusing part is calculated based on Equation 1 below.
[Equation 1]
Figure 112021113892506-pat00006

(in Equation 1
Figure 112021113892506-pat00007
is the phase (radian), λ is the wavelength (μm), and f is the focal length (μm))
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