WO2016013898A1 - High-efficiency terahertz transceiver enabling frequency modulation - Google Patents

High-efficiency terahertz transceiver enabling frequency modulation Download PDF

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WO2016013898A1
WO2016013898A1 PCT/KR2015/007709 KR2015007709W WO2016013898A1 WO 2016013898 A1 WO2016013898 A1 WO 2016013898A1 KR 2015007709 W KR2015007709 W KR 2015007709W WO 2016013898 A1 WO2016013898 A1 WO 2016013898A1
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active layer
thz
spc
frequency modulation
photoconductive antenna
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PCT/KR2015/007709
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French (fr)
Korean (ko)
Inventor
전태인
노삼규
지영빈
이상준
오승재
박현상
정기영
김상훈
김준오
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한국해양대학교 산학협력단
한국표준과학연구원
연세대학교 산학협력단
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    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating

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Abstract

The present invention relates to a high-efficiency THz receiver enabling frequency modulation. The high-efficiency THz receiver enabling frequency modulation according to the present invention comprises: an active layer; a photoconductive antenna positioned on the upper section of one side of the active layer; a nano grating antenna (NGA) formed on the photoconductive antenna; a semiconductor substrate positioned on the lower section of the other side of the active layer; and a surface plasmon coupler (SPC) positioned on the boundary surface between the substrate upper surface and the active layer, wherein the active layer is formed as an indium gallium arsenide (InGaAs) thin film or a dissimilar laminated thin film comprising an InGaAs/InAlAs multi-quantum well (MQW) layer, and the photoconductive antenna comprises: a parallel metal transmission line which extends in parallel at a certain length; central protrusions which protrude symmetrically so as to face inwardly at the central area of the parallel metal transmission line; and electrode pads which extend symmetrically on both ends of the parallel metal transmission line. The NGA is positioned on the central protrusions of the photoconductive antenna, and may have at least one pattern patterned and consecutively arranged thereon. The SPC may be positioned on the lower surface of the active layer, may have a plurality of patterns formed thereon by being periodically patterned so as to form a concentric circle, may have other forms of patterns, and may be formed of a metallic material. In addition, the high-efficiency THz receiver enabling frequency modulation according to the present invention is configured so as to be applied to a THz-wave receiver (Tx) or receiver (Rx) comprising discrete devices, or to be applied to a THz transceiver for generating and detecting a THz wave using a single photoconductive antenna on a single substrate and to be applied to a Tx and a Rx which are spaced at certain intervals and integrated on the single substrate, thereby being capable of transmitting and detecting the THz wave within the discrete devices or a single device. Due to said configuration, the high-efficiency THz receiver enabling frequency modulation according to the present invention can increase THz-wave generation and output and measurement sensitivity by integrating the NGA and the SPC. Simultaneously, the high-efficiency THz receiver is configured such that frequency can be modulated while the THz wave generated at a certain bandwidth passes through a surface plasmon resonance structure, thereby being able to have frequency selectivity.

Description

주파수 변조가 가능한 고효율 테라헤르츠 트랜스시버High-Efficiency Terahertz Transceiver with Frequency Modulation
본 발명은 주파수 변조가 가능한 고효율 테라헤르츠(terahertz, THz) 트랜스시버 (transceiver)에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 나노격자안테나(Nano Gratings Antenna: NGA) 및 표면 플라즈몬 결합기(Surface Plasmon Coupler: SPC)를 집적하여 THz파의 생성 출력과 측정 감도를 높이고 주파수를 변조할 수 있는 주파수 변조가 가능한 고효율 THz 트랜스시버에 관한 것이다.The present invention relates to a high-efficiency terahertz (THz) transceiver capable of frequency modulation, and more particularly, to integrate a nano grating antenna (NGA) and a surface plasmon coupler (SPC). The present invention relates to a high-efficiency THz transceiver capable of modulating the frequency and modulating the frequency and output power of the THz wave.
테라헤르츠(THz)파는 적외선과 마이크로파 사이의 100GHz에서 10THz 범위의 주파수를 가진 전자기파로서, 최근 첨단기술의 발전에 힘입어 미래의 전파자원으로 인정되면서 세계적으로 점점 많은 주목을 받고 있으며, IT(Information Technology), BT(Bio Technology) 등과의 융합을 통한 다양한 응용분야에서 그 중요성을 더해가고 있다.The terahertz wave (THz) is an electromagnetic wave with a frequency range from 100 GHz to 10 THz between infrared and microwave.It is recognized as a radio wave resource of the future thanks to the development of advanced technology, and it is gaining more and more attention worldwide. ) And its importance in various applications through convergence with BT (Bio Technology).
특히, THz파는 가시광선처럼 직진하면서 라디오파처럼 다양한 물질을 잘 투과하므로, 물리, 화학, 생물학, 의학 등의 기초과학뿐만 아니라, 위조지폐, 마약, 폭발물, 생화학무기 등의 감지에 사용되며, 산업 구조물을 비파괴적으로 검사할 수 있어서 일반 산업, 국방, 보안 등의 분야에서도 앞으로 광범위하게 활용될 것으로 기대되고 있다. 또한, 정보통신 분야에서도 40Gbit/s 이상의 무선통신, 고속 데이터 처리, 위성간 통신에 THz 기술이 광범위하게 사용될 것으로 기대되고 있다.In particular, THz waves go straight like visible light and penetrate various materials like radio waves, so they are used for the detection of counterfeit bills, drugs, explosives, biochemical weapons, as well as basic sciences such as physics, chemistry, biology and medicine. The structure can be inspected nondestructively, so it is expected to be widely used in general industry, defense, security and so on. In addition, THz technology is expected to be widely used in wireless communication, high-speed data processing, and inter-satellite communication of 40 Gbit / s or more in the information communication field.
한편, THz 시간 영역 분광법(Time-domain Spectroscopy: TDS)을 이용하여, THz파 주파수 영역에 대한 시료의 분광 특성을 측정하는 기술들이 많이 개발되고 있다. 그 중에서도 THz파 발생 및 측정 소자의 개발에 관한 연구가 활발히 진행되고 있는데, 특히, 기존의 광전도 안테나는 다른 THz파 발생 및 측정 소자에 비해 그 출력이 높고, 미세 공정 기술을 이용하여 원하는 전자기 특성을 가지도록 튜닝(tuning)하기 쉬운 장점이 있어 현재 많은 수의 THz파 분광 장치에 널리 사용되고 있으며 그에 대한 연구 또한 활발한 상태이다.On the other hand, using the THz time-domain spectroscopy (TDS), many techniques for measuring the spectral characteristics of the sample in the THz wave frequency domain has been developed. Among them, research on the generation of THz wave and the measurement device is being actively conducted. In particular, the conventional photoconductive antenna has higher output than other THz wave generation and measurement elements, and the desired electromagnetic characteristics using micro process technology It is easy to tune to have the advantage of being widely used in a large number of THz wave spectroscopy, and research on it is also active.
일반적인 THz파용 광전도 안테나의 THz파 발생 원리는 기판에 입사된 펨토초(femtosecond, fs: 10-15초) 레이저 펄스로 인해 여기(excitation)된 광전자가 구동전극 사이에 걸린 전위차를 따라 가속되면서 구동 전극이 있는 면의 반대면으로 THz파가 방사(radiation)하는 것을 이용한다. 한편, 광전도 안테나를 이용해 THz파를 측정할 때에는 구동 전극에 전위차를 생성하지 않으며, 펨토초 레이저 펄스로 인해 여기된 광전자가 구동 전극의 반대면을 통해 입사된 THz파로 인해 가속되면서 생성되는 전류를 측정함으로써 THz파의 측정이 이루어진다.The principle of the THz wave generation of the photoconductive antenna for THz wave is that the photoelectron excited by the femtosecond (fs: 10-15 seconds) laser pulse incident on the substrate is accelerated along the potential difference between the drive electrodes. The THz wave is radiated to the opposite side of the surface. On the other hand, when measuring the THz wave using a photoconductive antenna, the potential difference is not generated at the driving electrode, and the current generated as the photoelectron excited by the femtosecond laser pulse is accelerated by the THz wave incident through the opposite side of the driving electrode is measured. The THz wave is measured by this.
한편, THz파 분광 및 영상의 획득에 있어 발생 소자의 출력 및 측정 소자의 감도는 매우 중요한 요소(parameter)이며 높은 출력 및 고감도를 가지는 소자의 기술 개발이 꾸준히 요구되고 있다. 그와 더불어 THz파 기술의 여러 분야에의 응용을 위해 고효율의 THz 발생 및 검출 소자이며 주파수 변조와 같은 고기능이 탑재된 소자 개발에 대한 요구가 발생되고 있다. 또한 종래의 THz파 송수신 장치는 각각의 광전도 안테나를 탑재한 송신기(transmitter: Tx)와 수신기(receiver: Rx)가 분리된 개별소자로 THz파를 발생 또는 검출할 수 있도록 구성함으로써, 시스템의 규격이 커지게 되고 장치의 소형화 및 응용에 제한이 있는 문제점이 있다.On the other hand, in the THz wave spectroscopy and the image acquisition, the output of the generating element and the sensitivity of the measuring element are very important parameters, and there is a continuous demand for technology development of a device having high output and high sensitivity. In addition, there is a demand for the development of high efficiency THz generation and detection devices with high functions such as frequency modulation for applications in various fields of THz wave technology. In addition, the conventional THz wave transceiver is configured to generate or detect a THz wave as a separate element in which a transmitter (Tx) and a receiver (Rx) equipped with each photoconductive antenna are configured to provide a system standard. This becomes large and there is a problem that there is a limitation in miniaturization and application of the device.
[선행기술문헌][Preceding technical literature]
[특허문헌][Patent Documents]
(특허문헌 1) 국내등록특허 제10-1382258호(2014년 04월 01일 등록)(Patent Document 1) Domestic Patent No. 10-1382258 (registered April 01, 2014)
(특허문헌 2) 국내등록특허 제10-0952050호(2010년 04월 01일 등록)(Patent Document 2) Domestic Patent No. 10-0952050 (registered on April 01, 2010)
(특허문헌 3) 국내등록특허 제10-1337091호(2012년 11월 28일 등록)(Patent Document 3) Domestic Patent No. 10-1337091 (November 28, 2012 registration)
본 발명은 나노격자안테나(NGA) 및 표면 플라즈몬 결합기(SPC)를 집적하여 THz파의 생성 출력과 측정 감도를 높일 수 있는 동시에 일정한 밴드폭으로 발생된 THz파가 표면 플라즈몬 공명 구조를 통과하면서 주파수가 변조될 수 있도록 구성함으로써 주파수 선택성을 가질 수 있는 주파수 변조가 가능한 고효율 THz 트랜스시버를 제공하는데 있다.The present invention integrates a nanolattice antenna (NGA) and surface plasmon coupler (SPC) to increase the output power and measurement sensitivity of the THz wave, and at the same time the THz wave generated with a constant bandwidth passes through the surface plasmon resonance structure. The present invention provides a high-efficiency THz transceiver capable of modulating frequency that can be modulated by configuring it to be modulated.
또한, 본 발명은 개별 소자로 구성된 THz파 송신기(Tx) 또는 수신기(Rx)에 적용하거나, 단일 기판상에 집적된 THz파 Tx 및 Rx에 적용될 수 있도록 구성함으로써, 개별소자 또는 단일소자 내에서 THz파를 전송하고 검출할 수 있는 주파수 변조가 가능한 고효율 THz 트랜스시버를 제공하는데 있다.In addition, the present invention can be applied to a THz wave transmitter (Tx) or a receiver (Rx) composed of individual elements, or configured to be applied to the THz wave Tx and Rx integrated on a single substrate, so that THz in an individual element or a single element To provide a high-efficiency THz transceiver capable of frequency modulation to transmit and detect waves.
또한, 본 발명은 인체를 대상으로 해야 하는 의료 장비에 적용되는 경우에도 안전하게 사용될 수 있는 주파수 변조가 가능한 고효율 THz 트랜스시버를 제공하는데 있다.In addition, the present invention is to provide a high-efficiency THz transceiver capable of frequency modulation that can be safely used even when applied to medical equipment that is intended for the human body.
본 발명이 해결하고자 하는 다양한 과제들은 이상에서 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Various problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other tasks not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명에 따른 주파수 변조가 가능한 고효율 THz 트랜스시버는, 활성층(active layer); 상기 활성층의 일측 상부에 위치하는 광전도 안테나; 상기 광전도 안테나 상에 형성된 나노격자안테나(NGA); 상기 활성층의 타측 하부에 위치하는 반도체 기판; 및 상기 기판 상부면과 활성층 사이의 경계면에 위치하는 표면 플라즈몬 결합기(SPC)를 포함하되, 상기 활성층은 인듐 갈륨 비소(Indium Gallium Arsenide : InGaAs) 동종박막(epilayer) 또는 InGaAs/인듐 알루미늄 비소 (Indium Aluminum Arsenide: InAlAs) 다층양자우물층(Multi Quantum Well layer; MQW layer)을 포함하는 이종적층박막으로 형성되고, 상기 광전도 안테나는, 일정 길이 평행하게 연장 형성된 금속 평행 전송선로; 상기 금속 평행 전송선로의 중앙 영역에서 내측으로 마주보도록 대칭되게 돌출된 중앙돌출부; 및 상기 금속 평행 전송선로의 양단에 대칭되게 연장 형성된 전극패드를 포함하여 형성된다. High-efficiency THz transceiver capable of frequency modulation according to the present invention, the active layer (active layer); A photoconductive antenna positioned above one side of the active layer; A nanolattice antenna (NGA) formed on the photoconductive antenna; A semiconductor substrate located below the other side of the active layer; And a surface plasmon bonder (SPC) positioned at an interface between the upper surface of the substrate and the active layer, wherein the active layer is indium gallium arsenide (InGaAs) homolayer or InGaAs / indium aluminum arsenide (Indium Aluminum Arsenide). Arsenide: InAlAs) It is formed of a hetero-layer thin film including a multi quantum well layer (MQW layer), and the photoconductive antenna includes: a metal parallel transmission line extending in parallel with a predetermined length; A central projection protruding symmetrically to face inward from a central region of the metal parallel transmission line; And electrode pads symmetrically extending at both ends of the metal parallel transmission line.
상기 NGA는 상기 광전도 안테나의 중앙돌출부에 위치하고, 적어도 하나 이상의 패턴이 패터닝되어 연속적으로 배열될 수 있다.The NGA may be located at the central protrusion of the photoconductive antenna, and at least one or more patterns may be patterned and continuously arranged.
상기 기판은 절연체 또는 반 절연성 반도체 기판으로 형성될 수 있다.The substrate may be formed of an insulator or semi-insulating semiconductor substrate.
상기 SPC는 상기 활성층 하부면에 위치할 수 있다.The SPC may be located on the bottom surface of the active layer.
상기 SPC는 다수개의 패턴들이 동심원을 이루도록 주기적으로 패터닝하여 형성될 수 있으며 다른 형태로도 가능하며, 금속재질로 형성될 수 있다.The SPC may be formed by periodically patterning a plurality of patterns to form concentric circles, may be in other forms, and may be formed of a metal material.
또한, 본 발명에 따른 주파수 변조가 가능한 고효율 THz 트랜스시버는, 활성층; 상기 활성층상에 위치하고 THz파를 전송하는 송신기(Tx); 상기 Tx와 일정 간격 이격되게 위치하고 상기 활성층상의 저온 성장 활성층에 형성된 THz파를 검출하는 수신기(Rx); 상기 Rx 상에 위치하는 NGA; 상기 활성층의 타측 하부에 위치하는 기판; 및 상기 기판 상부면과 활성층 사이의 경계면에 위치하는 SPC를 포함하되, 상기 활성층은 InGaAs 박막 또는 InGaAs/InAlAs의 MQW로 형성되고, 상기 Rx는, 저온성장 활성층; 및 상기 저온성장 활성층 상에 형성된 광전도 안테나를 포함하고, 상기 광전도 안테나는, 일정 길이 평행하게 연장 형성된 금속 평행 전송선로; 상기 금속 평행 전송선로의 중앙 영역에서 내측으로 마주보도록 대칭되게 돌출된 중앙돌출부; 및 상기 금속 평행 전송선로의 양단에 대칭되게 연장 형성된 전극패드를 포함하여 형성된다. In addition, the high-efficiency THz transceiver capable of frequency modulation according to the present invention, the active layer; A transmitter (Tx) positioned on the active layer and transmitting THz waves; A receiver (Rx) positioned at a predetermined distance from the Tx and detecting a THz wave formed in the low temperature growth active layer on the active layer; An NGA located on the Rx; A substrate located below the other side of the active layer; And an SPC positioned at an interface between the upper surface of the substrate and the active layer, wherein the active layer is formed of an InGaAs thin film or an MQW of InGaAs / InAlAs, wherein Rx comprises: a low temperature growth active layer; And a photoconductive antenna formed on the low temperature growth active layer, wherein the photoconductive antenna comprises: a metal parallel transmission line extending in parallel with a predetermined length; A central projection protruding symmetrically to face inward from a central region of the metal parallel transmission line; And electrode pads symmetrically extending at both ends of the metal parallel transmission line.
상기 저온성장 활성층은 저온 성장된 InGaAs 박막 또는 InGaAs/InAlAs의 MQW으로 구성될 수 있다.The low temperature growth active layer may be composed of a low temperature grown InGaAs thin film or InGaAs / InAlAs MQW.
상기 NGA는 상기 Rx의 광전도 안테나의 중앙돌출부에 위치하고, 적어도 하나 이상의 패턴이 패터닝되어 연속적으로 배열될 수 있다.The NGA may be positioned in the central protrusion of the photoconductive antenna of Rx, and at least one or more patterns may be patterned and continuously arranged.
상기 기판은 절연체 또는 반 절연성 반도체 기판으로 형성될 수 있다.The substrate may be formed of an insulator or semi-insulating semiconductor substrate.
상기 SPC는 상기 활성층 하부면에 위치할 수 있다.The SPC may be located on the bottom surface of the active layer.
상기 SPC는 다수개의 패턴들이 동심원을 이루도록 주기적으로 패터닝하여 형성될 수 있으며 다른 형태로도 가능하며, 금속재질로 형성될 수 있다.The SPC may be formed by periodically patterning a plurality of patterns to form concentric circles, may be in other forms, and may be formed of a metal material.
본 발명에 따른 주파수 변조가 가능한 고효율 THz 트랜스시버는 나노격자안테나(NGA) 및 표면 플라즈몬 결합기(SPC)를 집적하여 THz파의 생성 출력과 측정 감도를 높일 수 있는 동시에 일정한 밴드폭으로 발생된 THz파가 표면 플라즈몬 공명 구조를 통과하면서 주파수가 변조될 수 있도록 구성함으로써 주파수 선택성을 가질 수 있는 효과가 있다.The high-efficiency THz transceiver capable of frequency modulation according to the present invention integrates a nanolattice antenna (NGA) and a surface plasmon coupler (SPC) to increase the generation output and measurement sensitivity of the THz wave while simultaneously generating a THz wave with a constant bandwidth. By allowing the frequency to be modulated while passing through the surface plasmon resonance structure, it is possible to have frequency selectivity.
또한, 본 발명에 따른 주파수 변조가 가능한 고효율 THz 트랜스시버는 개별 소자로 구성된 THz파 송신기(Tx) 또는 수신기(Rx)에 적용하거나, 하나의 광전도 안테나로 THz파를 발생 및 검출하는 THz 트랜스시버에 적용할 수 있으며 단일 기판상에 집적된 THz파 Tx 및 Rx에도 적용될 수 있도록 구성함으로써, 개별소자 또는 단일소자 내에서 THz파를 전송하고 검출할 수 있는 효과가 있다.In addition, the high-efficiency THz transceiver capable of frequency modulation according to the present invention is applied to a THz wave transmitter (Tx) or a receiver (Rx) composed of individual elements, or to a THz transceiver for generating and detecting THz waves with one photoconductive antenna. And it can be applied to the THz wave Tx and Rx integrated on a single substrate, there is an effect that can transmit and detect the THz wave in the individual element or a single element.
또한, 본 발명에 따른 주파수 변조가 가능한 고효율 THz 트랜스시버는 인체를 대상으로 해야 하는 의료 장비에 적용되는 경우에도 안전하게 사용될 수 있는 효과가 있다.In addition, the high-efficiency THz transceiver capable of frequency modulation according to the present invention has an effect that can be used safely even when applied to medical equipment to be targeted to the human body.
본 발명의 기술적 사상의 실시예는, 구체적으로 언급되지 않은 다양한 효과를 제공할 수 있다는 것이 충분히 이해될 수 있을 것이다.It will be fully understood that embodiments of the inventive concept may provide various effects that are not specifically mentioned.
도 1은 본 발명의 기술적 사상의 제1 실시예에 따른 주파수 변조가 가능한 고효율 THz 트랜스시버의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a high-efficiency THz transceiver capable of frequency modulation according to a first embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 기술적 사상의 제1 실시예에 따른 주파수 변조가 가능한 고효율 THz 트랜스시버에서 기판 상부에서 본 도면이다.FIG. 2 is a view from above of a substrate in a high-efficiency THz transceiver capable of frequency modulation according to a first embodiment of the inventive concept;
도 3은 본 발명의 기술적 사상의 제1 실시예에 따른 주파수 변조가 가능한 고효율 THz 트랜스시버에서 기판 하부에서 본 도면이다.3 is a view from below of a substrate in a high-efficiency THz transceiver capable of frequency modulation according to a first embodiment of the present invention;
도 4 및 도 5는 본 발명의 기술적 사상의 제1 실시예에 따른 주파수 변조가 가능한 고효율 THz 트랜스시버에서 나노격자안테나(NGA) 부분을 확대한 도면이다.4 and 5 are enlarged views of a nanolattice antenna (NGA) in the high-efficiency THz transceiver capable of frequency modulation according to the first embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 기술적 사상의 제1 실시예에 따른 주파수 변조가 가능한 고효율 THz 트랜스시버에서 표면 플라즈몬 결합기(SPC)의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.6 is a view for explaining an example of the surface plasmon coupler (SPC) in the high-efficiency THz transceiver capable of frequency modulation according to the first embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 기술적 사상의 제1 실시예에 따른 주파수 변조가 가능한 고효율 THz 트랜스시버에서 SPC의 형성 위치에 대한 다른 변형예를 보여주는 도면이다.7 is a view showing another modification of the formation position of the SPC in the high-efficiency THz transceiver capable of frequency modulation according to the first embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 기술적 사상의 제2 실시예에 따른 주파수 변조가 가능한 고효율 THz 트랜스시버를 설명하기 위한 사시도이다.8 is a perspective view illustrating a high efficiency THz transceiver capable of frequency modulation according to a second embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 기술적 사상의 제2 실시예에 따른 주파수 변조가 가능한 고효율 THz 트랜스시버에서 SPC의 형성 위치에 대한 다른 변형예를 보여주는 도면이다.9 is a view showing another modification of the formation position of the SPC in the high-efficiency THz transceiver capable of frequency modulation according to the second embodiment of the technical concept of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다.Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosure may be made thorough and complete, and to fully convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. In the drawings, the thicknesses of layers and regions are exaggerated for clarity.
상단, 하단, 상면, 하면, 또는 상부, 하부 등의 용어는 구성요소에 있어 상대적인 위치를 구별하기 위해 사용되는 것이다. 예를 들어, 편의상 도면상의 위쪽을 상부, 도면상의 아래쪽을 하부로 명명하는 경우, 실제에 있어서는 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 상부는 하부로 명명될 수 있고, 하부는 상부로 명명될 수 있다.The terms top, bottom, top, bottom, or top, bottom, etc. are used to distinguish relative positions in the component. For example, in the case of naming the upper part on the drawing as the upper part and the lower part on the drawing for convenience, the upper part may be called the lower part and the lower part may be named the upper part without departing from the scope of the present invention. .
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 사상의 제1 실시예에 따른 주파수 변조가 가능한 고효율 THz 트랜스시버에 대한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of a high-efficiency THz transceiver capable of frequency modulation according to the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 기술적 사상의 제1 실시예에 따른 주파수 변조가 가능한 고효율 THz 트랜스시버의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 기술적 사상의 제1 실시예에 따른 주파수 변조가 가능한 고효율 THz 트랜스시버에서 기판 상부에서 본 도면이고, 도 3은 본 발명의 기술적 사상의 제1 실시에에 따른 주파수 변조가 가능한 고효율 THz 트랜스시버에서 기판 하부에서 본 도면이며, 도 4 및 도 5는 본 발명의 기술적 사상의 제1 실시예에 따른 주파수 변조가 가능한 고효율 THz 트랜스시버에서 나노격자안테나(NGA) 부분을 확대한 도면이고, 도 6은 본 발명의 기술적 사상의 제1 실시예에 따른 주파수 변조가 가능한 고효율 THz 트랜스시버에서 표면 플라즈몬 결합기(SPC)의 일 예를 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 본 발명의 기술적 사상의 제1 실시예에 따른 주파수 변조가 가능한 고효율 THz 트랜스시버에서 표면 플라즈몬 결합기(SPC)의 형성 위치에 대한 다른 변형예를 보여주는 도면이다.1 is a cross-sectional view of a high efficiency THz transceiver capable of frequency modulation according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a substrate in a high efficiency THz transceiver capable of frequency modulation according to a first embodiment of the present invention. 3 is a view seen from the bottom of the substrate in a high-efficiency THz transceiver capable of frequency modulation according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 4 and FIG. 5 are a first view of the present invention. An enlarged view of a portion of a nano-lattice antenna (NGA) in a high-efficiency THz transceiver capable of frequency modulation according to an embodiment, Figure 6 is a surface plasmon in a high-efficiency THz transceiver capable of frequency modulation according to a first embodiment of the present invention FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a combiner (SPC), and FIG. 7 is a frequency modulation according to a first embodiment of the inventive concept. The available high efficiency THz transceiver is a view showing another modified example of the positions of formation of the surface plasmon combiner (SPC).
본 발명의 기술적 사상의 제1 실시예에 따른 주파수 변조가 가능한 고효율 THz 트랜스시버는 THz파의 생성 출력과 측정 감도를 높일 수 있도록 구성한 것으로, NGA(300)와 SPC(500)가 구비되어 THz파 발생이 증가되고 고민감도의 감도를 가지며 주파수가 변조될 수 있는 장치이다. The high-efficiency THz transceiver capable of frequency modulation according to the first embodiment of the present invention is configured to increase the generation output and measurement sensitivity of the THz wave, and the NGA 300 and the SPC 500 are provided to generate the THz wave. This is an apparatus with increased sensitivity and sensitivity and frequency can be modulated.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 제1 실시예에 따른 주파수 변조가 가능한 고효율 THz 트랜스시버는 활성층, 상기 활성층의 일측 상부에 위치하는 광전도 안테나(200), 상기 광전도 안테나(200) 상에 형성된 NGA(300), 상기 기판의 타측 하부에 위치하는 기판(400) 및 상기 기판(400) 상부면에 위치하는 SPC(500)를 포함한다.1 to 6, the high-efficiency THz transceiver capable of frequency modulation according to the first embodiment of the technical concept of the present invention includes an active layer, a photoconductive antenna 200 positioned on one side of the active layer, and the photoconductive antenna NGA (300) formed on the (200), the substrate 400 is located on the other lower side of the substrate and the SPC (500) located on the upper surface of the substrate 400.
상기 활성층(100)은 InGaAs 박막 또는 InGaAs/InAlAs MQW로 이루어지고 일측 상부에는 이후 공정에서 광전도 안테나(200)가 위치하며, 타측 하부에는 기판(400)이 위치할 수 있다. 상기 기판(400)은 절연성 또는 반절연성(Semi-Insulating, SI)의 반도체 기판(400)일 수 있다. 상기 기판(400)은 반절연성 갈륨비소(SI-GaAs) 또는 저온성장 갈륨비소(LTG-GaAs)를 포함한 GaAs 재료로 형성되거나 인화인듐(InP) 등의 재료로 형성될 수 있다. The active layer 100 may be formed of an InGaAs thin film or an InGaAs / InAlAs MQW, and the photoconductive antenna 200 may be positioned at one upper part and a substrate 400 at another lower part. The substrate 400 may be an insulating or semi-insulating (SI) semiconductor substrate 400. The substrate 400 may be formed of a GaAs material including semi-insulating gallium arsenide (SI-GaAs) or low-temperature growth gallium arsenide (LTG-GaAs), or may be formed of a material such as indium phosphide (InP).
상기 광전도 안테나(200)는 상기 활성층(100)의 일측 상부에 위치하고, THz파를 발생하거나 측정하기 위하여 구비될 수 있다. 상기 광전도 안테나(200)는 상부로 돌출되게 구성될 수 있다.The photoconductive antenna 200 may be positioned above one side of the active layer 100 and may be provided to generate or measure a THz wave. The photoconductive antenna 200 may be configured to protrude upward.
상기 광전도 안테나(200)는 일정 길이 평행하게 연장 형성된 금속 평행 전송선로(220)와, 상기 금속 평행 전송선로(220)의 중앙 영역에서 내측으로 마주보도록 대칭되게 돌출된 중앙돌출부(230)와, 상기 금속 평행 전송선로(220)의 양단에 대칭되게 연장 형성된 전극패드(210)를 포함할 수 있다. The photoconductive antenna 200 includes a metal parallel transmission line 220 extending in parallel to a predetermined length, a central projection 230 protruding symmetrically to face inward in a central region of the metal parallel transmission line 220, and It may include an electrode pad 210 is formed symmetrically extending at both ends of the metal parallel transmission line 220.
여기서, 상기 금속 평행 전송선로(220)의 중앙 영역에 돌출 형성된 중앙돌출부(230)는 쌍극자 안테나(dipole antenna)로서 작용한다. 또한, 상기 금속 평행 전송선로(220) 양단에 연장 형성된 전극패드(210)는 외부 소자와의 전기적 연결을 위한 신호선이 연결될 수 있다.Here, the central protrusion 230 protruding in the central region of the metal parallel transmission line 220 acts as a dipole antenna. In addition, the electrode pad 210 extending at both ends of the metal parallel transmission line 220 may be connected to a signal line for electrical connection with an external device.
상기 NGA(300)는 광전도 안테나(200) 상에 형성되고, 펨토초 레이저(50)의 펄스가 용이하게 투과되고 고효율의 광전도 현상이 나타날 수 있도록 나노(nano) 크기의 격자구조로 형성될 수 있다. The NGA 300 is formed on the photoconductive antenna 200, and may be formed in a nano-sized lattice structure so that pulses of the femtosecond laser 50 may be easily transmitted and a high-efficiency photoconductive phenomenon may appear. have.
레이저 펄스가 상기 광전도 안테나(200) 상에 형성된 NGA(300) 상으로 입사되면, 상기 NGA(300)가 구비되지 않은 광전도 안테나(200)에 비해 더 큰 세기의 THz파가 발생되도록 상기 레이저 펄스의 투과 정도가 증가되고 고효율의 광전도 현상이 일어날 수 있다. 상기 NGA(300)는 상기 광전도 안테나(200)의 중앙돌출부(230)에 위치하고, 적어도 하나 이상의 격자가 패터닝되어 연속적으로 배열될 수 있다.When a laser pulse is incident on the NGA 300 formed on the photoconductive antenna 200, the laser is generated such that THz waves of greater intensity are generated as compared with the photoconductive antenna 200 without the NGA 300. The degree of pulse transmission is increased and high efficiency photoconductive phenomena can occur. The NGA 300 may be positioned in the central protrusion 230 of the photoconductive antenna 200, and at least one grating may be patterned and continuously arranged.
본 발명에 따른 일 실시예에서 상기 NGA(300)는 다수개의 미세 나노격자(310)가 줄무늬(stripes)를 이루는 구조로 형성하였는데, 상기 NGA(300)의 모양, 위치 및 개수 등은 펨토초 레이저(50)의 파장 영역대에 따라 다양성을 가질 수 있고, 광전도 안테나(200) 상에서의 위치에 따라 다양한 형상을 가지도록 형성될 수도 있다.In one embodiment according to the present invention, the NGA 300 has a structure in which a plurality of fine nanolattices 310 forms stripes. The shape, position, and number of the NGA 300 may be a femtosecond laser ( It may have a variety according to the wavelength range of 50), it may be formed to have a variety of shapes depending on the position on the photoconductive antenna (200).
상기 NGA(300)는 입사되는 펨토초 레이저(50)의 파장보다 작은 나노격자(310)를 형성함으로써, 펨토초 레이저(50)가 입사될 때 표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonance)이 발생하게 되며, 이를 이용하여 입사된 펨토초 레이저(50)의 투과정도를 증가시키게 된다. 이에 따라, 여기되는 광전자의 양이 증가되므로 THz파의 발생 출력 및 측정 감도를 향상시킬 수 있다.The NGA 300 forms a nanolattice 310 smaller than the wavelength of the incident femtosecond laser 50, so that surface plasmon resonance occurs when the femtosecond laser 50 is incident, and uses the same. Therefore, the transmission degree of the incident femtosecond laser 50 is increased. As a result, the amount of photoelectrons excited is increased, so that the generation power and measurement sensitivity of the THz wave can be improved.
상기 SPC(500)는 상기 기판(400)의 상부면, 즉 상기 활성층(100)과 기판(400) 사이의 경계면에 위치할 수 있다. 상기 SPC(500)는 상기 SPC(500)를 투과하는 THz파의 주파수를 변조하기 위하여 구비될 수 있다. 상기 SPC(500)는 다수개의 패턴들이 동심원을 이루도록 주기적으로 패터닝하여 형성될 수 있으며, 금속재질로 형성될 수 있다. The SPC 500 may be located at an upper surface of the substrate 400, that is, at an interface between the active layer 100 and the substrate 400. The SPC 500 may be provided to modulate the frequency of the THz wave passing through the SPC 500. The SPC 500 may be formed by periodically patterning a plurality of patterns to form concentric circles, and may be formed of a metal material.
본 발명에서 NGA(300)에서 발생된 THz파가 주기(period)를 갖는 금속 구조의 SPC(500)를 투과하게 되면 상기 금속의 주기와 일정한 관계를 가지는 주파수만 결합되어 상기 SPC(500)를 통과하게 되고, 결과적으로 상기 SPC(500)를 투과하는 THz파는 특정한 주파수가 높게 변조된 상태로 출력될 수 있다.In the present invention, when the THz wave generated in the NGA 300 passes through the SPC 500 of the metal structure having a period, only the frequency having a constant relationship with the metal period is combined to pass through the SPC 500. As a result, the THz wave passing through the SPC 500 may be output in a state in which a specific frequency is modulated high.
상기 NGA(300)를 통해 입사되어 활성층(100)에 흡수된 레이저 펄스는 세기가 증가된 THz파를 발생시키고 발생된 THz파가 상기 SPC(500)에서 특정 조건을 만족하는 경우, 표면 플라즈몬 공명현상이 일어나고 금속 패턴 주기에 해당하는 주파수만 투과할 수 있다. 그 결과, 금속 패턴 주기와 관련한 주파수의 THz파만 투과시킴으로써 주파수 선택성을 구현할 수 있다. The laser pulses incident through the NGA 300 and absorbed by the active layer 100 generate THz waves with increased intensity, and when the generated THz waves satisfy certain conditions in the SPC 500, surface plasmon resonance phenomenon. This occurs and can only transmit frequencies corresponding to the metal pattern period. As a result, frequency selectivity can be realized by transmitting only THz waves of frequencies related to the metal pattern period.
본 발명의 기술적 사상의 제1 실시예에서 상기 SPC(500)는 다수개의 패턴들이 동심원을 이루도록 주기적으로 패터닝하여 형성하였으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 1차원 형태 등 다양한 변형이 가능하다.In the first embodiment of the technical concept of the present invention, the SPC 500 is formed by periodically patterning a plurality of patterns to form concentric circles, but is not necessarily limited thereto.
또한, 본 발명의 기술적 사상의 제1 실시예에서는 상기 SPC(500)가 상기 기판(400) 상부면에 형성된 것을 일 예로 들어 설명하였는데, 상기 SPC(500)의 형성 위치는 다양하게 변형될 수 있다.In addition, in the first embodiment of the technical concept of the present invention, the SPC 500 is formed on the upper surface of the substrate 400 as an example, but the formation position of the SPC 500 may be variously modified. .
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 SPC(500)는 상기 기판(400) 하부면에 구비되어, 상기 NGA(300)를 통해 입사된 레이저 펄스에 의해 활성층(100)에서 발생된 THz파가 기판(400)을 통과한 후 SPC에 입사될 수 있도록 SPC(500)의 형성 위치를 변경할 수도 있다. As shown in FIG. 7, the SPC 500 is disposed on the lower surface of the substrate 400, and the THz wave generated in the active layer 100 by the laser pulse incident through the NGA 300 is transferred to the substrate ( It is also possible to change the formation position of the SPC 500 so as to enter the SPC after passing through 400.
도 8은 본 발명의 기술적 사상의 제2 실시예에 따른 주파수 변조가 가능한 고효율 THz 트랜스시버를 설명하기 위한 사시도이다.8 is a perspective view illustrating a high efficiency THz transceiver capable of frequency modulation according to a second embodiment of the present invention.
본 발명의 기술적 사상의 제2 실시예에 따른 주파수 변조가 가능한 고효율 THz 트랜스시버는 송신기(Tx)(150) 및 수신기(Rx)(180)가 집적되어 있는 단일소자에 적용될 수 있는데, 앞에서 설명된 제1 실시예와 비교하여 변형된 부분을 중심으로 설명하기로 한다. The high-efficiency THz transceiver capable of frequency modulation according to the second embodiment of the present invention may be applied to a single device in which a transmitter (Tx) 150 and a receiver (Rx) 180 are integrated. Compared to the first embodiment will be described with respect to the modified portion.
또한, 본 발명의 기술적 사상의 제2 실시예에서 제1 실시예와 동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 지칭할 수 있다. In addition, in the second embodiment of the inventive concept, the same reference numerals as the first embodiment may refer to the same components.
본 발명의 기술적 사상의 제2 실시예에 따른 주파수 변조가 가능한 고효율 THz 트랜스시버는 활성층(100), 상기 활성층(100)상에 형성된 Tx(150) 및 Rx(180), 상기 광전도 안테나(200) 상에 형성된 NGA(300), 상기 활성층(100)의 타측 하부에 위치하는 기판(400) 및 상기 기판(400)과 활성층(100) 사이의 경계면에 위치하는 SPC(500)를 포함한다.According to a second embodiment of the present invention, a highly efficient THz transceiver capable of frequency modulation may include an active layer 100, a Tx 150 and an Rx 180 formed on the active layer 100, and the photoconductive antenna 200. An NGA 300 formed on the substrate 400 includes a substrate 400 positioned under the other side of the active layer 100, and an SPC 500 positioned at an interface between the substrate 400 and the active layer 100.
상기 활성층(100)의 일측 상부에는 이후 공정에서 Tx(150) 및 Rx(180)가 위치하며, 타측 하부에는 기판(400)이 위치할 수 있다. 상기 기판(400)은 절연성 또는 반절연성의 반도체 기판(400)일 수 있다. 상기 기판(400)은 SI-GaAs 또는 LTG-GaAs를 포함한 GaAS 재료로 형성되거나 InP 등의 재료로 형성될 수 있다. Tx 150 and Rx 180 may be positioned on one side of the active layer 100 in a subsequent process, and the substrate 400 may be positioned on the other side of the bottom of the active layer 100. The substrate 400 may be an insulating or semi-insulating semiconductor substrate 400. The substrate 400 may be formed of a GaAS material including SI-GaAs or LTG-GaAs, or may be formed of a material such as InP.
본 발명의 기술적 사상의 제2 실시예에서 상기 활성층(100)은 InGaAs 박막 또는 InGaAs/InAlAs MQW로 형성될 수 있다.In the second embodiment of the inventive concept, the active layer 100 may be formed of an InGaAs thin film or an InGaAs / InAlAs MQW.
상기 Tx(150)는 상기 활성층(100)상에 위치하고, THz파를 전송하기 위하여 구비될 수 있다. 상기 Tx(150)는 일정한 두께 및 선폭(Line Width)을 가지는 금속 선로(Metal Line)로 구성되고, 티타늄 또는 금 재질로 형성될 수 있다. The Tx 150 may be positioned on the active layer 100 and provided to transmit THz waves. The Tx 150 is formed of a metal line having a constant thickness and a line width, and may be formed of titanium or gold.
본 발명의 기술적 사상의 제2 실시예에서 상기 Tx(150)의 금속선로의 선폭(즉, 활성층(100)과 수평한 방향을 기준으로 한 상기 Tx(150)의 선폭)은 10 내지 300로 형성될 수 있다. 또한, 상기 Tx(150)의 금속선로의 두께(즉, 활성층(100)과 수직한 방향을 기준으로 한 상기 Tx(150)의 두께)는 Au는 100nm 내지 500nm, Ti은 10nm 내지 50nm로 형성될 수 있다.In a second embodiment of the inventive concept, the line width of the metal line of the Tx 150 (that is, the line width of the Tx 150 based on a direction parallel to the active layer 100) is 10 to 300. Can be. In addition, the thickness of the metal line of the Tx 150 (that is, the thickness of the Tx 150 based on the direction perpendicular to the active layer 100) may be 100 nm to 500 nm for Au and 10 nm to 50 nm for Ti. Can be.
상기 송신기(150)는 광-뎀버(photo-Dember; p-D) 효과를 이용하여 THz파를 발생시키는 목적으로 형성된다.The transmitter 150 is formed for the purpose of generating THz waves using a photo-ember (p-D) effect.
상기 Rx(180)는 상기 활성층(100)상에 형성된 저온성장 활성층(190)상에 위치하고, 상기 송신기(150)와 일정 간격 이격된 일측에 위치하며, 본 발명의 기술적 사상의 제2 실시예에 따른 주파수 변조가 가능한 고효율 THz 트랜스시버로 THz파를 검출하기 위하여 구비될 수 있다. The Rx 180 is located on the low temperature growth active layer 190 formed on the active layer 100 and is located at one side spaced apart from the transmitter 150 by a second embodiment of the technical idea of the present invention. According to the high-efficiency THz transceiver can be provided to detect the THz wave.
예를 들어, 상기 Tx(150) 및 Rx(180)는 수평거리가 일정간격 이격되게 구성할 수 있다. 상기 Rx(180)는 상기 활성층(100)상에 형성된 저온성장 활성층(190) 및 저온성장 활성층(190)상에 위치하는 광전도 안테나(200)를 포함할 수 있다.For example, the Tx 150 and the Rx 180 may be configured such that horizontal distances are spaced by a predetermined interval. The Rx 180 may include a low temperature growth active layer 190 formed on the active layer 100 and a photoconductive antenna 200 positioned on the low temperature growth active layer 190.
상기 저온성장 활성층(190)은 활성층(100)상에 적층된 LTG InGaAs 박막 또는 InGaAs/InAlAs MQW로 구성될 수도 있다.The low temperature growth active layer 190 may be formed of an LTG InGaAs thin film or InGaAs / InAlAs MQW stacked on the active layer 100.
상기 광전도 안테나(200)는 본 발명의 기술적 사상의 제2 실시예에 따른 주파수 변조가 가능한 THz 트랜스시버로 전송되는 THz파를 검출하기 위하여 구비될 수 있으며 상부로 돌출되게 형성될 수 있다. The photoconductive antenna 200 may be provided to detect the THz wave transmitted to the THz transceiver capable of frequency modulation according to the second embodiment of the present invention and may be formed to protrude upward.
상기 광전도 안테나(200)는 일정 길이 평행하게 연장 형성된 금속 평행 전송선로(220)와, 상기 금속 평행 전송선로(220)의 중앙 영역에서 내측으로 마주보도록 대칭되게 돌출된 중앙돌출부(230)와, 상기 금속 평행 전송선로(220)의 양단에 대칭되게 연장 형성된 전극패드(210)를 포함할 수 있다. The photoconductive antenna 200 includes a metal parallel transmission line 220 extending in parallel to a predetermined length, a central projection 230 protruding symmetrically to face inward in a central region of the metal parallel transmission line 220, and It may include an electrode pad 210 is formed symmetrically extending at both ends of the metal parallel transmission line 220.
여기서, 상기 금속 평행 전송선로(220)의 중앙 영역에 돌출 형성된 중앙돌출부(230)는 쌍극자 안테나로서 작용한다. 또한, 상기 금속 평행 전송선로(220) 양단에 연장 형성된 전극패드(210)는 외부 소자와의 전기적 연결을 위한 신호선이 연결될 수 있다.Here, the central protrusion 230 protruding in the central region of the metal parallel transmission line 220 serves as a dipole antenna. In addition, the electrode pad 210 extending at both ends of the metal parallel transmission line 220 may be connected to a signal line for electrical connection with an external device.
상기 NGA(300)는 광전도 안테나(200) 상에 형성되고, 펨토초 레이저(50)의 투과 정도를 증가시킬 수 있고 고효율의 광전도 현상이 나타나도록 나노(nano) 크기의 격자구조로 형성될 수 있다. The NGA 300 may be formed on the photoconductive antenna 200 and may have a lattice structure of a nano size to increase the transmission degree of the femtosecond laser 50 and to exhibit a high efficiency photoconductive phenomenon. have.
즉, 상기 NGA(300)는 레이저 펄스가 상기 광전도 안테나(200) 상에 형성된 NGA(300) 상으로 입사되면, 상기 NGA(300)가 구비되지 않은 광전도 안테나(200)에 비해 더 민감하게 THz파를 검출할 수 있는 역할을 할 수 있다. That is, when the laser pulse is incident on the NGA 300 formed on the photoconductive antenna 200, the NGA 300 is more sensitive than the photoconductive antenna 200 without the NGA 300. It can play a role in detecting THz waves.
상기 나노격자안테나(300)에 관한 구성은 본 발명의 기술적 사상의 제1 실시예에서 자세히 설명한 바, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.The configuration of the nano-lattice antenna 300 is described in detail in the first embodiment of the technical idea of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.
상기 기판(400)은 본 발명의 기술적 사상의 제1 실시예에서 자세히 설명한 바, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.The substrate 400 has been described in detail in the first embodiment of the inventive concept, and a detailed description thereof will be omitted.
상기 SPC(500)는 상기 기판(400)의 상부면, 즉 상기 활성층(100)과 기판(400) 사이의 경계면에 위치할 수 있다. 상기 SPC(500)는 상기 SPC(500)를 투과하는 THz파의 주파수를 변조하기 위하여 구비될 수 있다. 상기 SPC(500)는 다수개의 패턴들이 동심원을 이루도록 주기적으로 패터닝하여 형성될 수 있으며, 금속재질로 형성될 수 있다. The SPC 500 may be located at an upper surface of the substrate 400, that is, at an interface between the active layer 100 and the substrate 400. The SPC 500 may be provided to modulate the frequency of the THz wave passing through the SPC 500. The SPC 500 may be formed by periodically patterning a plurality of patterns to form concentric circles, and may be formed of a metal material.
상기 SPC(500)에 관한 구성 및 기능은 본 발명의 기술적 사상의 제1 실시예에서 자세히 설명한 바, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.The configuration and function of the SPC 500 has been described in detail in the first embodiment of the technical spirit of the present invention, and a detailed description thereof will be omitted.
또한, 본 발명의 기술적 사상의 제2 실시예에서는 상기 SPC(500)가 상기 기판(400) 상부면에 형성된 것을 일 예로 들어 설명하였는데, 상기 SPC(500)의 형성 위치는 다양하게 변형될 수 있다.In addition, in the second embodiment of the technical concept of the present invention, the SPC 500 is formed on the upper surface of the substrate 400 as an example, but the formation position of the SPC 500 may be variously modified. .
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 상기 SPC(500)는 상기 기판(400) 하부면에 구비되어, 상기 NGA(300)를 통해 입사된 광에 의해 활성층(100)에서 발생된 THz파가 기판(400)을 통과한 후 SPC에 입사될 수 있도록 SPC(500)의 형성 위치를 변경할 수도 있다. As shown in FIG. 9, the SPC 500 is provided on the lower surface of the substrate 400, and the THz waves generated in the active layer 100 by light incident through the NGA 300 are transferred to the substrate ( It is also possible to change the formation position of the SPC 500 so as to enter the SPC after passing through 400.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 일 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.As mentioned above, although an exemplary embodiment of the present invention has been described with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains may realize the present invention in another specific form without changing its technical spirit or essential features. It will be appreciated that it may be practiced. Therefore, it should be understood that one embodiment described above is illustrative in all respects and not restrictive.

Claims (12)

  1. 활성층;Active layer;
    상기 활성층의 일측 상부에 위치하는 광전도 안테나;A photoconductive antenna positioned above one side of the active layer;
    상기 광전도 안테나 상에 형성된 나노격자안테나(NGA);A nanolattice antenna (NGA) formed on the photoconductive antenna;
    상기 활성층의 타측 하부에 위치하는 기판; 및A substrate located below the other side of the active layer; And
    상기 기판의 상부면과 활성층 사이의 경계면에 위치하는 표면 플라즈몬 결합기(SPC)를 포함하되,Including a surface plasmon coupler (SPC) located at the interface between the top surface and the active layer of the substrate,
    상기 활성층은 InGaAs 또는 InGaAs/InAlAs MQW로 형성되고,The active layer is formed of InGaAs or InGaAs / InAlAs MQW,
    상기 광전도 안테나는,The photoconductive antenna,
    일정 길이 평행하게 연장 형성된 금속 평행 전송선로;A metal parallel transmission line extending in parallel with a predetermined length;
    상기 금속 평행 전송선로의 중앙 영역에서 내측으로 마주보도록 대칭되게 돌출된 중앙돌출부; 및A central projection protruding symmetrically to face inward from a central region of the metal parallel transmission line; And
    상기 금속 평행 전송선로의 양단에 대칭되게 연장 형성된 전극패드를 포함하고,An electrode pad symmetrically extended at both ends of the metal parallel transmission line,
    상기 NGA는 광전도 안테나 상에 형성되고, 펨토초 레이저의 투과 정도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 주파수 변조가 가능한 고효율 THz 트랜스시버.The NGA is formed on a photoconductive antenna, and the high frequency THz transceiver capable of frequency modulation, characterized in that for increasing the transmission degree of the femtosecond laser.
  2. 제 1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 NGA는 상기 광전도 안테나의 중앙돌출부에 위치하고, 적어도 하나 이상의 패턴이 패터닝되어 연속적으로 배열된 것을 특징으로 하는 주파수 변조가 가능한 고효율 THz 트랜스시버.The NGA is located at the central projection of the photoconductive antenna, at least one pattern is a high efficiency THz transceiver capable of frequency modulation, characterized in that arranged in succession.
  3. 제 1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 활성층은 동종박막 또는 MQW를 포함하는 이종적층박막으로 형성되는 것을 특징으로 하는 주파수 변조가 가능한 고효율 THz 트랜스시버.The active layer is a high frequency THz transceiver capable of frequency modulation, characterized in that formed of a homogeneous thin film or a hetero-layer thin film including MQW.
  4. 제 1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 SPC는 상기 기판 하부면에 위치하는 것을 특징으로 하는 주파수 변조가 가능한 고효율 THz 트랜스시버.The SPC is a high efficiency THz transceiver capable of frequency modulation, characterized in that located on the lower surface of the substrate.
  5. 제 1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 SPC는 다수개의 패턴들이 동심원을 이루도록 주기적으로 패터닝하여 형성되며, 금속재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 주파수 변조가 가능한 고효율 THz 트랜스시버.The SPC is formed by periodically patterning a plurality of patterns to form a concentric circle, high-efficiency THz transceiver, characterized in that formed of a metallic material.
  6. 제 1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 SPC는 1차원 또는 2차원의 다양한 형태로 주기적으로 패터닝하여 형성되며, 금속재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 주파수 변조가 가능한 고효율 THz 트랜스시버.The SPC is formed by periodically patterning in various forms of one or two-dimensional, high-efficiency THz transceiver, characterized in that formed of a metallic material.
  7. 제 1항에 있어서,The method of claim 1,
    단일소자로서 하나의 광전도 안테나로 THz파를 발생하고 검출할 수 있는 트랜스시버로 사용하는 주파수 변조가 가능한 고효율 THz 트랜스시버.High-efficiency THz transceiver that can be modulated as a single element and used as a transceiver capable of generating and detecting THz waves with a single photoconductive antenna.
  8. 기판;Board;
    상기 활성층상에 위치하고 무전압으로 THz파를 전송하는 송신기;A transmitter positioned on the active layer and transmitting THz waves without voltage;
    상기 송신기와 일정 간격 이격되게 위치하고 THz파를 검출하는 수신기;A receiver positioned at a predetermined distance from the transmitter and detecting a THz wave;
    상기 수신기 상에 위치하는 NGA;An NGA located on the receiver;
    상기 활성층의 타측 하부에 위치하는 기판; 및A substrate located below the other side of the active layer; And
    상기 기판 상부면과 활성층 사이의 경계면에 위치하는 SPC를 포함하되,SPC located at the interface between the substrate upper surface and the active layer,
    상기 활성층은 동종박막 또는 MQW를 포함하는 이종적층박막으로 형성되고,The active layer is formed of a homogeneous thin film or a heterogeneous thin film including MQW,
    상기 수신기는,The receiver,
    저온성장 활성층; 및Low temperature growth active layer; And
    상기 저온성장 활성층상에 형성된 광전도 안테나를 포함하고,It includes a photoconductive antenna formed on the low temperature growth active layer,
    상기 광전도 안테나는,The photoconductive antenna,
    일정 길이 평행하게 연장 형성된 금속 평행 전송선로;A metal parallel transmission line extending in parallel with a predetermined length;
    상기 금속 평행 전송선로의 중앙 영역에서 내측으로 마주보도록 대칭되게 돌출된 중앙돌출부; 및A central projection protruding symmetrically to face inward from a central region of the metal parallel transmission line; And
    상기 금속 평행 전송선로의 양단에 대칭되게 연장 형성된 전극패드를 포함하고,An electrode pad symmetrically extended at both ends of the metal parallel transmission line,
    상기 NGA는 광전도 안테나 상에 형성되고, 펨토초 레이저의 투과 정도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 주파수 변조가 가능한 고효율 THz 트랜스시버.The NGA is formed on a photoconductive antenna, and the high frequency THz transceiver capable of frequency modulation, characterized in that for increasing the transmission degree of the femtosecond laser.
  9. 제 8항에 있어서,The method of claim 8,
    상기 NGA는 상기 광전도 안테나의 중앙돌출부에 위치하고, 적어도 하나 이상의 패턴이 패터닝되어 연속적으로 배열된 것을 특징으로 하는 주파수 변조가 가능한 고효율 THz 트랜스시버.The NGA is located at the central projection of the photoconductive antenna, at least one pattern is a high efficiency THz transceiver capable of frequency modulation, characterized in that arranged in succession.
  10. 제 8항에 있어서,The method of claim 8,
    상기 SPC는 상기 기판 하부면에 위치하는 것을 특징으로 하는 주파수 변조가 가능한 고효율 THz 트랜스시버.The SPC is a high efficiency THz transceiver capable of frequency modulation, characterized in that located on the lower surface of the substrate.
  11. 제 8항에 있어서,The method of claim 8,
    상기 SPC는 다수개의 패턴들이 동심원을 이루도록 주기적으로 패터닝하여 형성되며, 금속재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 주파수 변조가 가능한 고효율 THz 트랜스시버.The SPC is formed by periodically patterning a plurality of patterns to form a concentric circle, high-efficiency THz transceiver, characterized in that formed of a metallic material.
  12. 제 8항에 있어서,The method of claim 8,
    상기 SPC는 1차원 또는 2차원의 다양한 형태로 주기적으로 패터닝하여 형성되며, 금속재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 주파수 변조가 가능한 고효율 THz 트랜스시버.The SPC is formed by periodically patterning in various forms of one or two-dimensional, high-efficiency THz transceiver, characterized in that formed of a metallic material.
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