KR20160083187A - Thz electromagnetic wave emitter, power extractor and wave detector - Google Patents

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KR20160083187A
KR20160083187A KR1020140193098A KR20140193098A KR20160083187A KR 20160083187 A KR20160083187 A KR 20160083187A KR 1020140193098 A KR1020140193098 A KR 1020140193098A KR 20140193098 A KR20140193098 A KR 20140193098A KR 20160083187 A KR20160083187 A KR 20160083187A
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울산과학기술원
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Abstract

Provides is an electromagnet wave oscillator. The electromagnet wave oscillator includes: 2 dimensional electron gas (2DEG) plate which forms a 2DEG channel; a first resistor which is connected to one node of the 2DEG plate; a second resistor which is connected to the other node; a source which supplies power to the 2DEG plate between the second resistor and the ground; a floating plate which has an electric dipole formed by the 2DEG channel and oscillates electromagnet waves; and a dielectric which is formed between the 2DEG plate and the floating plate.

Description

전자기파 발진기, 플라즈마파 전력 추출기 및 전자기파 검출기{THZ ELECTROMAGNETIC WAVE EMITTER, POWER EXTRACTOR AND WAVE DETECTOR}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an electromagnetic wave oscillator, a plasma wave power extractor, and an electromagnetic wave detector,

본 발명은 전자기파 발진기, 플라즈마파 전력 추출기 및 전자기파 검출기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 2DEG(2-Dimensional Electron Gas) 구조를 이용하여 플라즈마파를 유도하고 플로팅 플레이트를 이용하여 테라헤르츠 대역의 전자기파를 발진할 수 있는 전자기파 발진기, 플라즈마파 전력 추출기 및 전자기파 검출기에 관한 것이다.The present invention relates to an electromagnetic wave oscillator, a plasma wave power extractor, and an electromagnetic wave detector. More particularly, the present invention relates to a two-dimensional electromagnetic gas (2DEG) structure for inducing a plasma wave, A plasma wave power extractor, and an electromagnetic wave detector.

최근 테라헤르츠 영역의 전파를 발진시키기 위하여, 펄스폭이 펨토 초(Femto second)인 강력한 순간 출력의 레이저가 만들어짐에 따라 테라헤르츠 영역의 에미터로 사용되는 단일축 유전 결정이나 반도체 또는 저온 초전도체를 이용한 테라헤르츠 전자파 발진에 대한 연구가 진행되고 있다.Recently, as a powerful instantaneous output laser with a pulse width of femtosecond is made to oscillate a radio wave in the terahertz region, a single-axis dielectric crystal used as an emitter of the terahertz region, a semiconductor or a low-temperature superconductor Researches on the use of terahertz electromagnetic wave oscillation are underway.

이와 관련하여, 테라헤르츠 전자파의 에미터는, 아연-카드뮴-텔레늄계 단결정을 이용한 전자파의 상온 에미터로 구현되고 있다. 이와 관련하여, 선행기술인 한국공개특허 제2003-0095533호(2003.12.24 공개)에는, 피코 초(pico second) 내의 단일 샷 신호를 발진하여 초고속 소자로 동작할 뿐만 아니라, 이 신호가 직류에서 수 테라헤르츠 정도의 초광대역 신호 밴드를 가지는 에미터가 개시되어 있다.In this regard, emitters of terahertz electromagnetic waves are realized as room temperature emitters of electromagnetic waves using zinc-cadmium-telenium single crystals. In this regard, Korean Unexamined Patent Publication No. 2003-0095533 (published on Dec. 24, 2003) discloses that a single shot signal within a pico second oscillates to operate as an ultra high-speed device, An emitter having an ultra-wideband signal band on the order of Hertz is disclosed.

다만, 결정을 이용하기 위해서는 광학계가 요구되므로, 이를 보완하기 위하여 게이트를 이용한 FET 형태의 테라헤르츠 에미터를 이용하였지만, 반도체 형태의 구조에서는 게이트가 접촉되어 있기 때문에 2DEG(2-Dimensional Electron Gas) 채널의 이동도가 낮아지고, 채널 길이에 따라 성능에 제약이 발생할 수 있다. 또한, FET 형태를 이용한 테라헤르츠 검출기의 경우, FET 형태의 테라헤르츠 발진기와는 다른 경계 조건 및 소자 구조가 요구된다.In order to use the crystal, an optical system is required. In order to compensate for this, a terahertz-type emitter using a gate is used. However, since a gate is in contact with a semiconductor structure, a 2DEG (2-Dimensional Electron Gas) And the performance may be limited depending on the channel length. Further, in the case of a terahertz detector using an FET type, a boundary condition and a device structure different from the terahertz oscillator of the FET type are required.

한국공개특허 제2003-0095533호(2003.12.24 공개)에는 "아연-카드늄-텔레늄계 결정을 이용한 초고속 테라헤르쯔 전자파의 에미터"가 개시되어 있다.Korean Unexamined Patent Publication No. 2003-0095533 (published on Dec. 24, 2003) discloses an " emitter of ultrahigh-speed terahertz electromagnetic wave using zinc-cadmium-telenium type crystal ".

본 발명의 일 실시예는, 2DEG 채널을 형성하는 소자 구조를 이용하여 플라즈마파를 유도하고, 플로팅 플레이트로 플라즈마파에 의한 전기 쌍극자를 발생시켜 테라헤르츠 대역의 전자기파를 발진할 수 있는 전자기파 발진기, 플라즈마파 전력 추출기 및 전자기파 검출기를 제공할 수 있다. 다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.An embodiment of the present invention provides an electromagnetic wave oscillator capable of generating a plasma wave using an element structure forming a 2DEG channel and generating an electric dipole by a plasma wave on a floating plate to oscillate electromagnetic waves in a terahertz band, A wave power extractor and an electromagnetic wave detector can be provided. It should be understood, however, that the technical scope of the present invention is not limited to the above-described technical problems, and other technical problems may exist.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 실시예는, 2DEG(2-Dimensional Electron Gas) 채널을 형성하는 2DEG 플레이트(Plate), 2DEG 플레이트의 일측 노드에 연결된 제 1 저항 및 타측 노드에 연결된 제 2 저항, 제 2 저항과 접지 간에 2DEG 플레이트로 전원을 인가하는 소스, 2DEG 채널에 의해 전기 쌍극자(Electric Dipole)가 형성되어 전자기파를 발진하는 플로팅 플레이트(Floating Plate), 및 2DEG 플레이트와 플로팅 플레이트 간에 형성된 유전체를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a 2DEG plate forming a 2DEG (2-Dimensional Electron Gas) channel; a first resistor connected to one node of the 2DEG plate; A source for applying power to the 2DEG plate between the second resistor and the ground, a floating plate for generating an electric dip in which an electric dipole is formed by the 2DEG channel, and a 2DEG plate, And a dielectric formed between the floating plates.

본 발명의 다른 실시예는, 2DEG(2-Dimensional Electron Gas) 채널을 형성하는 2DEG 플레이트(Plate), 2DEG 플레이트의 일측 노드에 연결된 제 1 저항 및 타측 노드에 연결된 제 2 저항, 제 2 저항과 접지 간에 2DEG 플레이트로 전원을 인가하는 소스, 소스에 의하여 2DEG 플레이트에 플라즈마파(plasma-wave)가 형성되면, 2DEG 플레이트와 제 2 저항 간의 드레인 노드에서 전력을 추출하는 추출기를 포함한다.Another embodiment of the present invention is directed to a semiconductor device comprising: a 2DEG plate forming a 2DEG (2-Dimensional Electron Gas) channel; a first resistor connected to one node of the 2DEG plate and a second resistor connected to the other node; And an extractor for extracting power at a drain node between the 2DEG plate and the second resistor when a plasma-wave is formed in the 2DEG plate by the source and the source.

본 발명의 또 다른 실시예는, 전자기파가 입사되어 전기 쌍극자(Electric Dipole)가 형성되는 플로팅 플레이트, 전기 쌍극자에 의해 2DEG(2-Dimensional Electron Gas) 채널이 형성되어 2DEG 공진이 검출되는 2DEG 플레이트(Plate), 2DEG 플레이트의 일측 노드에 연결된 제 1 저항 및 타측 노드에 연결된 제 2 저항, 제 2 저항과 접지 간에 2DEG 플레이트로 전원을 인가하는 소스, 및 2DEG 플레이트와 플로팅 플레이트 간에 형성된 유전체를 포함한다.Another embodiment of the present invention is a plasma display apparatus comprising a floating plate on which an electromagnetic wave is incident to form an electric dipole, a 2DEG plate on which a 2DEG resonance is detected by forming a 2DEG channel by an electric dipole, ), A first resistor connected to one node of the 2DEG plate and a second resistor connected to the other node, a source for applying power to the 2DEG plate between the second resistor and ground, and a dielectric formed between the 2DEG plate and the floating plate.

전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 2DEG의 이동도를 증가시킬 수 있고, 유전체를 이용하여 플라즈마파를 제어할 수 있으며, 경계 조건을 이용하여 플라즈마파를 증폭시킬 수 있고, 플로팅 플레이트를 이용하여 테라헤르츠 대역의 TEM 파를 발진할 수 있고, 플로팅 플레이트의 도입으로 동일한 소자 구조에서 발진기 및 검출기 모두 사용가능하다.According to any one of the above-mentioned objects of the present invention, plasma waves can be controlled by using a dielectric, the plasma wave can be amplified by using boundary conditions, It is possible to oscillate a TEM wave in the terahertz band by using a plate, and both the oscillator and the detector can be used in the same device structure by the introduction of the floating plate.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기파 발진기의 회로도이다.
도 2는 도 1의 전자기파 발진기의 다른 실시예를 도시한 회로도이다.
도 3은 도 1의 전자기파 발진기의 또 다른 실시예를 도시한 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 추출기의 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기파 검출기의 회로도이다.1 is a circuit diagram of an electromagnetic wave oscillator according to an embodiment of the present invention.
2 is a circuit diagram showing another embodiment of the electromagnetic wave oscillator of FIG.
3 is a circuit diagram showing another embodiment of the electromagnetic wave oscillator of FIG.
4 is a circuit diagram of a power extractor according to an embodiment of the present invention.
5 is a circuit diagram of an electromagnetic wave detector according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Throughout the specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it includes not only "directly connected" but also "electrically connected" with another part in between . Also, when an element is referred to as "including" an element, it is to be understood that the element may include other elements as well as other elements, And does not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기파 발진기의 회로도이고, 도 2는 도 1의 전자기파 발진기의 다른 실시예를 도시한 회로도이고, 도 3은 도 1의 전자기파 발진기의 또 다른 실시예를 도시한 회로도이다.FIG. 1 is a circuit diagram of an electromagnetic wave oscillator according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram showing another embodiment of the electromagnetic wave oscillator of FIG. 1, and FIG. 3 is a diagram showing another embodiment of the electromagnetic wave oscillator of FIG. It is a circuit diagram.

도 1을 참조하면, (a)는 전자기파 발진기(1)의 소스(300)가 전압원으로 표현된 일 실시예이고, (b)는 전자기파 발진기(1)의 소스(300)가 전류원으로 표현된 일 실시예이다. 도 1을 참조하면, 전자기파 발진기(1)는, 2DEG 플레이트(2-Dimensional Electron Gas Plate, 100), 제 1 저항(210), 제 2 저항(230), 소스(300), 플로팅 플레이트(Floating Plate, 400), 유전체(Dielectric, 500)를 포함할 수 있다.1 (a) is an embodiment in which the source 300 of the electromagnetic wave oscillator 1 is represented by a voltage source, (b) is an example in which the source 300 of the electromagnetic wave oscillator 1 is represented by a current source Fig. Referring to FIG. 1, the electromagnetic wave oscillator 1 includes a 2DEG plate 100, a first resistor 210, a second resistor 230, a source 300, a floating plate , 400, and a dielectric (500).

본 발명의 일 실시예에 따른 전자기파 발진기(1)는, 2DEG 플레이트(100)의 일측 및 타측에 연결된 제 1 저항(210), 제 2 저항(220) 및 소스(300)를 이용하여 경계 조건을 구현하고, 공진 공동 길이(resonance cavity length, L) 범위 내에서 시간이 지남에 따라 증폭하는 테라헤르즈(THz)의 주파수를 지니는 종축 플라즈마파(longitudinal plasma-wave)를 발생시킬 수 있다. 그리고, 2DEG 플레이트(100)와 거리(d)를 가지는 플로팅 플레이트(400)를 위치시킴으로써, 도체 전선에서 발생하는 종축 플라즈마파에 대응하여 전기 쌍극자(Electric Dipole)를 형성시킬 수 있다. 또한, 전기 쌍극자에 의해 전자기파 발진기(1)는 종축 플라즈마파의 주파수에 대응하여 TEM 파(Transverse Electromagnetic Wave)를 발진할 수 있다.The electromagnetic wave oscillator 1 according to an embodiment of the present invention is configured to use a first resistor 210, a second resistor 220, and a source 300 connected to one side and the other side of the 2DEG plate 100, And generate a longitudinal plasma-wave with a frequency of THz that amplifies over time within the resonance cavity length (L). By positioning the floating plate 400 having the distance d from the 2DEG plate 100, an electric dipole can be formed corresponding to the longitudinal axis plasma wave generated in the conductor wire. Also, the electromagnetic wave oscillator 1 can oscillate a TEM (Transverse Electromagnetic Wave) in response to the frequency of the longitudinal plasma wave by the electric dipole.

2DEG 플레이트(100)는, 2DEG(2-Dimensional Electron Gas) 채널을 형성하고, 그레핀(Graphene) 또는 MoS2와 같은 금속, 반금속, 반도체의 물질을 이용할 수 있다. 그리고, 경계 조건에 의하여 2DEG 플레이트(100)에서 생성된 종축 플라즈마 파동이 증폭될 수 있다.The 2DEG plate 100 forms a 2DEG (2-Dimensional Electron Gas) channel, and a metal, semimetal, or semiconductor material such as Graphene or MoS 2 can be used. Then, the longitudinal plasma waves generated in the 2DEG plate 100 can be amplified by the boundary condition.

제 1 저항(210)은 2DEG 플레이트(100)의 일측 노드에 연결되고, 타측 노드에는 제 2 저항(220)이 연결될 수 있다. 또한, 제 1 저항(210)의 임피던스는 0로 단락(Short) 회로를 형성하고, 제 2 저항(220)의 임피던스는 무한대로 개방(Open) 회로를 형성하는 경계조건을 가질 수 있다. The first resistor 210 may be connected to one node of the 2DEG plate 100 and the second resistor 220 may be connected to the other node. In addition, the impedance of the first resistor 210 may be shorted to zero, and the impedance of the second resistor 220 may have a boundary condition forming an open circuit infinitely.

소스(300)는, 제 2 저항(220)과 접지 간에 2DEG 플레이트(100)로 전원을 인가할 수 있다. 그리고, 소스(300)는 전압원 또는 전류원으로 표현될 수 있고, 소스(300)에 의하여 2DEG 채널이 제어되어 2DEG 플레이트(100)에서 종축 플라즈마파(longitudinal plasma-wave)가 생성될 수 있다.The source 300 may apply power to the 2DEG plate 100 between the second resistor 220 and ground. The source 300 may be represented by a voltage source or a current source and the 2DEG channel may be controlled by the source 300 to produce a longitudinal plasma-wave in the 2DEG plate 100.

이때, 하기 수학식 1 및 2를 참조하면, 소스(300)의 전압(V)의 인가를 통하여, 2DEG 플레이트(100)에 전자 표류 속도 vo를 부여하고, 종축 플라즈마파의 각주파수(ω=ω'+jω'')의 허수 성분인 ω''가 0보다 커지게 되면, 2DEG 플레이트(100)의 공진 공동의 플라즈마파는 증폭할 수 있다. 여기서, 종축 플라즈마파의 속도(s)가 v0보다 클 때, 수학식 1에 나타나듯이 종축 플라즈마파의 주파수(f)는 L의 제곱근에 반비례하며, 표면 전자 밀도(n0)의 제곱근에 비례한다. 그리고, 생성된 종축 플라즈마파를 TEM 파로 발진시키기 위하여, 플로팅 플레이트(400)를 이용할 수 있다. 여기서, 플로팅 플레이트(400)와 2DEG 플레이트(100) 사이에 진공 또는 그와 유사한 성질을 지니는 BN(Boron Nitride)의 유전체(500)를 이용하게 되면, 표면 거칠기(surface roughness) 및 스캐터링(scattering)의 영향을 억제하게 되어, 2DEG 물질 본연의 이동도를 높일 수 있다. 이와 동시에, 밴드 갭(band gap)이 없거나 좁은 물질을 사용하게 되면, 전압(V)로 표면 전자 밀도(n0)를 조정하여 원하는 주파수 대역으로 종축 플라즈마파를 조정할 수 있다.At this time, referring to the following equations (1) and (2), the electron drift velocity v o is given to the 2DEG plate 100 through application of the voltage V of the source 300, is larger than 0, the plasma wave of the resonant cavity of the 2DEG plate 100 can be amplified. When the velocity s of the longitudinal plasma wave is greater than v 0 , the frequency f of the longitudinal plasma wave is inversely proportional to the square root of L and proportional to the square root of the surface electron density n 0 do. Then, in order to oscillate the generated longitudinal plasma wave by the TEM wave, a floating plate 400 may be used. If the dielectric 500 of BN (Boron Nitride) having vacuum or similar properties between the floating plate 400 and the 2DEG plate 100 is used, surface roughness and scattering can be prevented. It is possible to increase the mobility of the 2DEG material. At the same time, when a material having no or small band gap is used, it is possible to adjust the vertical axis plasma wave to a desired frequency band by adjusting the surface electron density (n 0 ) with the voltage (V).

Figure pat00001
Figure pat00001

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서, m은 유효 전자 질량(effective electron mass)이고, L은 공진 공동 길이(resonance cavity length)이고, τp는 운동량 완화 시간(momemtum relaxation time)이고, e는 전하량(elementary electronic charge)이다.Where m is the effective electron mass, L is the resonance cavity length, τ p is the momemtum relaxation time, and e is the elementary electronic charge.

즉, 플로팅 플레이트(400)는, 2DEG 채널에 의해 전기 쌍극자(Electric Dipole)가 형성되어 전자기파를 발진하고, 전자기파는, 테라헤르츠(Tera Hz) 대역의 TEM 파(Transverse Electromagnetic Wave)이고, 플로팅 플레이트(400)는, 도체 또는 반도체일 수 있다.That is, in the floating plate 400, an electric dipole is formed by the 2DEG channel to oscillate the electromagnetic wave. The electromagnetic wave is a TEM wave in the Tera Hz band, 400 may be a conductor or a semiconductor.

유전체(500)는, 2DEG 플레이트(100)와 플로팅 플레이트(400) 간에 형성될 수 있다. 여기서, 유전체는 진공 또는 BN(Boron Nitride)일 수 있다.The dielectric 500 may be formed between the 2DEG plate 100 and the floating plate 400. Here, the dielectric may be vacuum or BN (Boron Nitride).

도 2를 참조하면, (a)는 플로팅 플레이트(400)를 복수로 구비하고, 2DEG 플레이트(100)의 상부면 또는 하부면에 위치하도록 구성하는 것도 가능하다. 또한, (b)와 같이 2DEG 플레이트(100), 유전체(500) 및 플로팅 플레이트(400)가 발진기 유닛으로 정의된다고 가정하면, 발진기 유닛, 제 1 저항(210) 및 제 2 저항(220)은 복수로 구비되어 직렬로 연결되고, 복수로 구비되어 직렬로 연결된 제 1 저항(210)의 일측 노드는 접지되고, 복수로 구비되어 직렬로 연결된 제 2 저항(220)의 타측 노드는 소스(300)가 연결될 수 있다.Referring to FIG. 2, (a) may include a plurality of floating plates 400 and may be disposed on the upper surface or the lower surface of the 2DEG plate 100. In addition, assuming that the 2DEG plate 100, the dielectric 500, and the floating plate 400 are defined as oscillator units as in (b), the oscillator unit, the first resistor 210, and the second resistor 220 may be a plurality One end of the first resistor 210 connected in series is grounded and the other end of the second resistor 220 connected in series is connected to the source 300, Can be connected.

도 3을 참조하면, (a) 플로팅 플레이트(400)는, 2DEG 플레이트(100)의 길이 방향과 수직을 이루는 적어도 하나의 요(凹)홈부(410)가 형성될 수 있다.Referring to FIG. 3, (a) the floating plate 400 may have at least one recessed groove 410 that is perpendicular to the longitudinal direction of the 2DEG plate 100.

즉, 플로팅 플레이트(400)는 전력 추출의 목적으로써, 단일 플로팅 플레이트(400) 외에도 그래팅(Grating) 구조와 같이 성능 향상을 위하여 다양한 형태로 구현될 수 있다. 이에 따라, (b)를 참조하면, 플로팅 플레이트(400)는, 적어도 하나의 단위 플레이트(430)를 포함하고, 단위 플레이트(430)는, 스트립(Strip)부(431)와 패치(Patch)부(433)를 포함하고, 스트립부(431)의 폭은 패치부(433)의 폭보다 좁고, 스트립부(431)의 길이는 패치부(433)의 길이보다 길 수 있다.That is, for the purpose of power extraction, the floating plate 400 may be implemented in various forms in order to improve the performance, such as a grating structure, in addition to the single floating plate 400. Referring to FIG. 3B, the floating plate 400 includes at least one unit plate 430, and the unit plate 430 includes a strip portion 431, The width of the strip portion 431 may be narrower than the width of the patch portion 433 and the length of the strip portion 431 may be longer than the length of the patch portion 433. [

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 추출기의 회로도이다. 도 4를 참조하면, 전력 추출기(2)는, 2DEG(2-Dimensional Electron Gas) 채널을 형성하는 2DEG 플레이트(100), 2DEG 플레이트(100)의 일측 노드에 연결된 제 1 저항(210) 및 타측 노드에 연결된 제 2 저항(220), 제 2 저항(220)과 접지 간에 2DEG 플레이트(100)로 전원을 인가하는 소스(300), 소스(300)에 의하여 2DEG 플레이트(100)에 플라즈마파(plasma-wave)가 형성되면, 2DEG 플레이트(100)와 제 2 저항(220) 간의 드레인 노드에서 전력을 추출하는 추출기(600)를 포함할 수 있다. 즉, 소스(300)의 전압(V)를 이용하여 전류를 흐르게 하고, 전류에 의하여 플라즈마파가 생성된 상태에서, 드레인 노드에서 전력을 추출할 수 있다. 여기서, 도 4에 따른 전력 추출기는, 도 1 내지 도 3의 전자기파 발진기 및 도 5의 전자기파 검출기에도 각각 구비될 수 있다. 즉, 2DEG 플레이트만 이용하므로, 도 1 내지 도 3의 전자기파 발진기 또는 도 5의 전자기파 검출기의 플로팅 플레이트가 구성되기 전이라면 언제든지 이용될 수 있다. 또한, 도 2 및 도 3의 다양한 형상은 도 5의 전자기파 검출기에도 적용가능하다. 덧붙여서, 전력 추출기는, 플로팅 플레이트에 입사된 전자기파로부터 변환되는 플라즈마파의 전력을 검출하는데 사용되므로, 전자기파 발진기 및 전자기파 검출기에도 모두 사용가능하다.4 is a circuit diagram of a power extractor according to an embodiment of the present invention. 4, the power extractor 2 includes a 2DEG plate 100 forming a 2DEG channel, a first resistor 210 connected to one node of the 2DEG plate 100, A source 300 for applying power to the 2DEG plate 100 between the second resistor 220 and the ground and a source 300 for applying a plasma- (600) for extracting power at the drain node between the 2DEG plate (100) and the second resistor (220). That is, the current can be made to flow using the voltage V of the source 300, and the power can be extracted from the drain node in the state where the plasma wave is generated by the current. Here, the power extractor according to FIG. 4 may be provided in the electromagnetic wave oscillator of FIGS. 1 to 3 and the electromagnetic wave detector of FIG. 5, respectively. That is, since only the 2DEG plate is used, it can be used any time before the electromagnetic wave oscillator of Figs. 1 to 3 or the floating plate of the electromagnetic wave detector of Fig. 5 is constituted. 2 and 3 are also applicable to the electromagnetic wave detector of Fig. In addition, since the power extractor is used for detecting the power of the plasma wave converted from the electromagnetic wave incident on the floating plate, it can be used for both the electromagnetic wave oscillator and the electromagnetic wave detector.

이와 같은 도 4의 전력 추출기에 대하여 설명되지 아니한 사항은 앞서 도 1 내지 도 3을 통해 전자기파 발진기에 대하여 설명된 내용과 동일하거나 설명된 내용으로부터 용이하게 유추 가능하므로 이하 설명을 생략하도록 한다.The matters not described for the power extractor of FIG. 4 can be easily deduced from the same or the same contents as those described for the electromagnetic wave oscillator through FIGS. 1 to 3, and the description thereof will be omitted.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기파 검출기의 회로도이다. 도 5를 참조하면, 도 5의 전자기파 검출기(3)는, 도 1 및 도 2의 전자기파 발진기(1)와 동일한 구조에서, 플로팅 플레이트(400)에 테라헤르츠 전자기파를 입사하여 2DEG 공진 및 DC 전압을 검출하는, 테라헤르츠 전자기파 검출기의 기능을 할 수도 있다.5 is a circuit diagram of an electromagnetic wave detector according to an embodiment of the present invention. 5, the electromagnetic wave detector 3 of FIG. 5 has a structure similar to that of the electromagnetic wave oscillator 1 of FIGS. 1 and 2, and a terahertz electromagnetic wave is incident on the floating plate 400 to generate a 2DEG resonance and a DC voltage And may function as a terahertz electromagnetic wave detector.

그리고, 전자기파 검출기(3)는 형태상으로는 슬롯 안테나이나, 2DEG 플레이트(100)에서 직접 테라헤르츠 전자기파를 입력받는 것이 아니라, 플로팅 플레이트(400)가 직접 테라헤르츠 전자기파를 받음으로써 전자 쌍극자를 형성하고, 전자기파를 검출할 수 있도록 한다. 여기서, 플로팅 플레이트(400)는 형태상으로는 패치 안테나이며, 동작 관점에서는 다이폴 안테나(Dipole Antenna)로 기능하며, 도 2 및 도 3과 같이 다양하게 구성이 가능할 수 있다. 이에 따라, 전자기파 검출기(3)는 2DEG 공진 및 DC 전압이 가능할 수 있다.In addition, the electromagnetic wave detector 3 is not a slot antenna in terms of its shape and does not directly receive terahertz electromagnetic waves from the 2DEG plate 100, but rather receives the terahertz electromagnetic wave directly by the floating plate 400 to form an electromagnetic dipole, As shown in FIG. Here, the floating plate 400 is a patch antenna in the form of a dipole antenna, and may have a variety of configurations as shown in FIGS. 2 and 3. Accordingly, the electromagnetic wave detector 3 may be capable of 2DEG resonance and DC voltage.

이를 위한 전자기파 검출기(3)는, 전자기파가 입사되어 전기 쌍극자(Electric Dipole)가 형성되는 플로팅 플레이트(400), 전기 쌍극자에 의해 2DEG(2-Dimensional Electron Gas) 채널이 형성되어 2DEG 공진이 검출되는 2DEG 플레이트(Plate, 100), 2DEG 플레이트(100)의 일측 노드에 연결된 제 1 저항(210) 및 타측 노드에 연결된 제 2 저항(220), 제 2 저항(220)과 접지 간에 2DEG 플레이트(100)로 전원을 인가하는 소스(300) 및 2DEG 플레이트(100)와 플로팅 플레이트(400) 간에 형성된 유전체를 포함할 수 있다.The electromagnetic wave detector 3 includes a floating plate 400 on which an electromagnetic wave is incident to form an electric dipole, a 2DEG (2-Dimensional Electron Gas) channel formed by an electric dipole to detect 2DEG resonance, A first resistor 210 connected to one node of the 2DEG plate 100 and a second resistor 220 connected to the other node; a second resistor 220 connected between the second resistor 220 and the ground, A source 300 for applying power, and a dielectric formed between the 2DEG plate 100 and the floating plate 400.

또한, 플로팅 플레이트(400)는 복수로 구비되고, 2DEG 플레이트(100)의 상부면 또는 하부면에 위치할 수 있다. 그리고, 2DEG 플레이트(100), 유전체(500) 및 플로팅 플레이트(400)가 발진기 유닛으로 정의된다고 가정하면, 발진기 유닛, 제 1 저항(210) 및 제 2 저항(220)은 복수로 구비되어 직렬로 연결되고, 복수로 구비되어 직렬로 연결된 제 1 저항(210)의 일측 노드는 접지되고, 복수로 구비되어 직렬로 연결된 제 2 저항(220)의 타측 노드는 소스(300)가 연결될 수 있다.In addition, the plurality of floating plates 400 may be disposed on the upper surface or the lower surface of the 2DEG plate 100. Assuming that the 2DEG plate 100, the dielectric 500, and the floating plate 400 are defined as oscillator units, the oscillator unit, the first resistor 210, and the second resistor 220 are provided in plural, One node of the first resistor 210 connected in series and connected in series may be grounded and the source 300 may be connected to the other node of the second resistor 220 connected in series.

플로팅 플레이트(400)는, 2DEG 플레이트(100)의 길이 방향과 수직을 이루는 적어도 하나의 요(凹)홈부(410)가 형성될 수 있다.The floating plate 400 may have at least one recessed groove 410 that is perpendicular to the longitudinal direction of the 2DEG plate 100.

즉, 플로팅 플레이트(400)는 전자기파 검출의 목적으로써, 단일 플로팅 플레이트(400) 외에도 그래팅(Grating) 구조와 같이 성능 향상을 위하여 다양한 형태로 구현될 수 있다. 이에 따라, 플로팅 플레이트(400)는, 적어도 하나의 단위 플레이트(430)를 포함하고, 단위 플레이트(430)는, 스트립(Strip)부(431)와 패치(Patch)부(433)를 포함하고, 스트립부(431)의 폭은 패치부(433)의 폭보다 좁고, 스트립부(431)의 길이는 패치부(433)의 길이보다 길 수 있다.That is, the floating plate 400 may be implemented in various forms for the purpose of electromagnetic wave detection, such as a grating structure, in addition to a single floating plate 400, in order to improve performance. Accordingly, the floating plate 400 includes at least one unit plate 430, and the unit plate 430 includes a strip portion 431 and a patch portion 433, The width of the strip portion 431 may be narrower than the width of the patch portion 433 and the length of the strip portion 431 may be longer than the length of the patch portion 433.

상술한 구조를 이용하여, 그래핀(mc *=0.02m0, μ=200,000cm2/Vs)으로 L=300, W=100nm의 공진 공동을 만든 경우, 일정한 전압을 인가하여 n0~1x1014cm-2의 2DEG가 형성된다면, 생성된 플라즈마파는 f=1.38THz의 대역을 지니며, 전력(P)=10.7μW를 발진하는 테라헤르츠 에미터(Emitter)가 될 수 있다.When a resonant cavity of L = 300 and W = 100 nm is formed using graphene (m c * = 0.02 m 0 , μ = 200,000 cm 2 / Vs) by using the above-described structure, a constant voltage is applied to n 0 to 1 × 10 If a 2DEG of 14 cm < 2 & gt ; is formed, the generated plasma wave has a band of f = 1.38 THz and can be a terahertz emitter oscillating at power (P) = 10.7 [mu]

본 발명의 일 실시예에 따르면, FET 소자 기반 테라헤르츠 에미터에서 문제로 작용하였던 표면 거칠기로 인한 상대적으로 낮은 이동도가, 진공 갭 및 이와 유사한 성질을 지닌 유전체의 이용으로 개선됨과 동시에, L에 비례하던 주파수가 L의 제곱근에 반비례하게 되어 보다 넓은 공동 길이에서 플로팅 플레이트를 이용하여 테라헤르츠 에미터를 구현할 수 있다. 또한, 기존의 FET 기반 테라헤르츠 에미터에서는 이론적 및 기술적으로 사용이 어려웠던 물질들도 본 발명의 일 실시예에 따른 구조를 통하여 향상된 특성을 지니는 테라헤르츠 에미터로 구현할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the relatively low mobility due to surface roughness, which had been a problem in the FET device-based THz emitter, is improved by the use of a dielectric with a vacuum gap and similar properties, The proportional frequency is inversely proportional to the square root of L, so that a terahertz emitter can be realized using a floating plate in a wider cavity length. In addition, materials that were theoretically and technically difficult to use in conventional FET-based THz emitters can also be implemented with terahertz emitters having improved characteristics through the structure according to one embodiment of the present invention.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다. It will be understood by those skilled in the art that the foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only and that those of ordinary skill in the art can readily understand that various changes and modifications may be made without departing from the spirit or essential characteristics of the present invention. will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are to be construed as being included within the scope of the present invention do.

Claims (18)

2DEG(2-Dimensional Electron Gas) 채널을 형성하는 2DEG 플레이트(Plate);
상기 2DEG 플레이트의 일측 노드에 연결된 제 1 저항 및 타측 노드에 연결된 제 2 저항;
상기 제 2 저항과 접지 간에 상기 2DEG 플레이트로 전원을 인가하는 소스;
상기 2DEG 채널에 의해 전기 쌍극자(Electric Dipole)가 형성되어 전자기파를 발진하는 플로팅 플레이트(Floating Plate); 및
상기 2DEG 플레이트와 상기 플로팅 플레이트 간에 형성된 유전체
를 포함하는, 전자기파 발진기.
A 2DEG plate forming a 2DEG (2-Dimensional Electron Gas) channel;
A first resistor coupled to one node of the 2DEG plate and a second resistor coupled to the other node;
A source for applying power to the 2DEG plate between the second resistor and ground;
A floating plate for generating an electric dipole by the 2DEG channel to oscillate an electromagnetic wave; And
A dielectric formed between the 2DEG plate and the floating plate
And an electromagnetic wave oscillator.
제 1 항에 있어서,
상기 소스는 전압원 또는 전류원이고,
상기 소스에 의하여 상기 2DEG 채널이 제어되어 상기 2DEG 플레이트에서 종축 플라즈마파(longitudinal plasma-wave)가 생성되는 것인, 전자기파 발진기.
The method according to claim 1,
Wherein the source is a voltage source or a current source,
Wherein the 2DEG channel is controlled by the source to produce a longitudinal plasma-wave in the 2DEG plate.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 저항의 임피던스는 0로 단락(Short) 회로를 형성하고, 제 2 저항의 임피던스는 무한대로 개방(Open) 회로를 형성하는 경계조건을 가지는 것인, 전자기파 발진기.
The method according to claim 1,
Wherein the impedance of the first resistor forms a short circuit with zero and the impedance of the second resistor has an infinite boundary condition to form an open circuit.
제 3 항에 있어서,
상기 경계 조건에 의하여 상기 2DEG 플레이트에서 생성된 종축 플라즈마 파동이 증폭되는 것인, 전자기파 발진기.
The method of claim 3,
Wherein the longitudinal plasma wave generated at the 2DEG plate is amplified by the boundary conditions.
제 1 항에 있어서,
상기 유전체는 진공 또는 BN(Boron Nitride)인 것인, 전자기파 발진기.
The method according to claim 1,
Wherein the dielectric is vacuum or BN (Boron Nitride).
제 1 항에 있어서,
상기 2DEG 플레이트는, 그레핀(Graphene) 또는 MoS2인 것인, 전자기파 발진기.
The method according to claim 1,
Wherein the 2DEG plate is Graphene or MoS2.
제 1 항에 있어서,
상기 플로팅 플레이트는, 도체 또는 반도체인 것인, 전자기파 발진기.The method according to claim 1,
Wherein the floating plate is a conductor or a semiconductor. 제 1 항에 있어서,
상기 전자기파는, 테라헤르츠(Tera Hz) 대역의 TEM 파(Transverse Electromagnetic Wave)인 것인, 전자기파 발진기.
The method according to claim 1,
Wherein the electromagnetic wave is a TEM (Transverse Electromagnetic Wave) in a terahertz band.
제 1 항에 있어서,
상기 플로팅 플레이트는 복수로 구비되고, 상기 2DEG 플레이트의 상부면 또는 하부면에 위치하는 것인, 전자기파 발진기.
The method according to claim 1,
Wherein the plurality of floating plates are provided on the upper surface or the lower surface of the 2DEG plate.
제 1 항에 있어서,
발진기 유닛은 상기 2DEG 플레이트, 유전체 및 플로팅 플레이트를 포함하고,
상기 발진기 유닛, 상기 제 1 저항 및 상기 제 2 저항은 복수로 구비되어 직렬로 연결되고,
상기 복수로 구비되어 직렬로 연결된 제 1 저항의 일측 노드는 접지되고, 상기 복수로 구비되어 직렬로 연결된 제 2 저항의 타측 노드는 상기 소스가 연결되는 것인, 전자기파 발진기.
The method according to claim 1,
The oscillator unit includes the 2DEG plate, the dielectric and the floating plate,
Wherein the oscillator unit, the first resistor, and the second resistor are connected in series,
One end of a first resistor connected in series is grounded and the other end of a second resistor connected in series is connected to the source.
제 1 항에 있어서,
상기 플로팅 플레이트는, 상기 2DEG 플레이트의 길이 방향과 수직을 이루는 적어도 하나의 요(凹)홈부가 형성되는 것인, 전자기파 발진기.
The method according to claim 1,
Wherein the floating plate has at least one recessed groove portion perpendicular to the longitudinal direction of the 2DEG plate.
제 1 항에 있어서,
상기 플로팅 플레이트는, 적어도 하나의 단위 플레이트를 포함하고,
상기 단위 플레이트는, 스트립(Strip)부와 패치(Patch)부를 포함하고,
상기 스트립부의 폭은 상기 패치부의 폭보다 좁고, 상기 스트립부의 길이는 상기 패치부의 길이보다 긴 것인, 전자기파 발진기.
The method according to claim 1,
Wherein the floating plate includes at least one unit plate,
Wherein the unit plate includes a strip portion and a patch portion,
Wherein a width of the strip portion is narrower than a width of the patch portion, and a length of the strip portion is longer than a length of the patch portion.
2DEG(2-Dimensional Electron Gas) 채널을 형성하는 2DEG 플레이트(Plate);
상기 2DEG 플레이트의 일측 노드에 연결된 제 1 저항 및 타측 노드에 연결된 제 2 저항;
상기 제 2 저항과 접지 간에 상기 2DEG 플레이트로 전원을 인가하는 소스;
상기 소스에 의하여 상기 2DEG 플레이트에 플라즈마파(plasma-wave)가 형성되면, 상기 2DEG 플레이트와 상기 제 2 저항 간의 드레인 노드에서 전력을 추출하는 추출기
를 포함하는, 플라즈마파 전력 추출기.A 2DEG plate forming a 2DEG (2-Dimensional Electron Gas) channel;
A first resistor coupled to one node of the 2DEG plate and a second resistor coupled to the other node;
A source for applying power to the 2DEG plate between the second resistor and ground;
And an extractor for extracting electric power from a drain node between the 2DEG plate and the second resistor when a plasma-wave is formed on the 2DEG plate by the source,
Wherein the plasma wave power extractor comprises: 전자기파가 입사되어 전기 쌍극자(Electric Dipole)가 형성되는 플로팅 플레이트;
상기 전기 쌍극자에 의해 2DEG(2-Dimensional Electron Gas) 채널이 형성되어 2DEG 공진이 검출되는 2DEG 플레이트(Plate);
상기 2DEG 플레이트의 일측 노드에 연결된 제 1 저항 및 타측 노드에 연결된 제 2 저항;
상기 제 2 저항과 접지 간에 상기 2DEG 플레이트로 전원을 인가하는 소스; 및
상기 2DEG 플레이트와 상기 플로팅 플레이트 간에 형성된 유전체
를 포함하는, 전자기파 검출기.
A floating plate on which an electromagnetic wave is incident to form an electric dipole;
A 2DEG plate in which a 2DEG (2-Dimensional Electron Gas) channel is formed by the electric dipole and 2DEG resonance is detected;
A first resistor coupled to one node of the 2DEG plate and a second resistor coupled to the other node;
A source for applying power to the 2DEG plate between the second resistor and ground; And
A dielectric formed between the 2DEG plate and the floating plate
/ RTI >
제 14 항에 있어서,
상기 플로팅 플레이트는 복수로 구비되고,
상기 2DEG 플레이트의 상부면 또는 하부면에 위치하는 것인, 전자기파 검출기.
15. The method of claim 14,
The plurality of floating plates are provided,
And wherein the detector is located on an upper surface or a lower surface of the 2DEG plate.
제 14 항에 있어서,
발진기 유닛은 상기 2DEG 플레이트, 유전체 및 플로팅 플레이트를 포함하고,
상기 발진기 유닛, 제 1 저항 및 제 2 저항은 복수로 구비되어 직렬로 연결되고,
상기 복수로 구비되어 직렬로 연결된 제 1 저항의 일측 노드는 접지되고, 상기 복수로 구비되어 직렬로 연결된 제 2 저항의 타측 노드는 상기 소스가 연결되는 것인, 전자기파 검출기.
15. The method of claim 14,
The oscillator unit includes the 2DEG plate, the dielectric and the floating plate,
The oscillator unit, the first resistor and the second resistor are connected in series to each other,
One end of a first resistor connected in series is grounded and the other end of a second resistor connected in series is connected to the source.
제 14 항에 있어서,
상기 플로팅 플레이트는, 상기 2DEG 플레이트의 길이 방향과 수직을 이루는 적어도 하나의 요(凹)홈부가 형성되는 것인, 전자기파 검출기.
15. The method of claim 14,
Wherein the floating plate has at least one recessed groove portion perpendicular to the longitudinal direction of the 2DEG plate.
제 14 항에 있어서,
상기 플로팅 플레이트는, 적어도 하나의 단위 플레이트를 포함하고,
상기 단위 플레이트는, 스트립(Strip)부와 패치(Patch)부를 포함하고,
상기 스트립부의 폭은 상기 패치부의 폭보다 좁고, 상기 스트립부의 길이는 상기 패치부의 길이보다 긴 것인, 전자기파 검출기.15. The method of claim 14,
Wherein the floating plate includes at least one unit plate,
Wherein the unit plate includes a strip portion and a patch portion,
Wherein a width of the strip portion is narrower than a width of the patch portion, and a length of the strip portion is longer than a length of the patch portion.
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