Desenvolvimento de emissores de radiação na faixa de Terahertz baseados em compostos III-V fotocondutivos para espectroscopia e formação de imagens

• Main Author: Jarschel, Paulo Felipe
• Other Authors: UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: [s.n.] 2009
• Subjects: Ondas Terahertz; Semicondutores; Radiação; Fotocondutividade; Terahertz waves; Semiconductors; Radiation; Photoconductivity
• Online Access: JARSCHEL, Paulo Felipe. Desenvolvimento de emissores de radiação na faixa de Terahertz baseados em compostos III-V fotocondutivos para espectroscopia e formação de imagens. 2009. 67f. Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin, Campinas, SP. Disponível em: <http://www.repositorio.unicamp.br/handle/REPOSIP/278460>. Acesso em: 14 ago. 2018.; http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/278460

Orientador: Newton Cesário Frateschi === Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin === Made available in DSpace on 2018-08-14T11:19:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jarschel_PauloFelipe_M.pdf: 3096320 bytes, checksum: f09830dd682d577e43058480d256c5a1 (MD5) Previous issue date: 2009 === Resumo: A radiação eletromagnética em Terahertz (THz) situa-se na faixa de 1012 Hz, com comprimentos de onda associados variando de 30 µm até 3 mm. É possível então usar esta radiação para investigar propriedades físicas de materiais que requerem uma definição desta ordem. Além de aplicações na espectroscopia, estes comprimentos de onda são capazes de penetrar em papel, tecidos, pele e até neblina atmosférica, gerando um grande interesse em sistemas de segurança, medicina e aviação 1. Neste trabalho será apresentado o desenvolvimento de emissores de Terahertz baseados em SI-GaAs (GaAs Semi-Isolante), incluindo uma discussão detalhada da teoria desta emissão, descrição dos processos de fabricação e resultados obtidos de várias amostras. Esta antena consiste em eletrodos interdigitados depositados no topo de um substrato, de forma similar a fotodetectores MSM 2. A principal diferença entre estes dois dispositivos é que no emissor é feita uma segunda metalização,"opaca " e acima da anterior, separada por uma camada isolante de Si3N4. O princípio físico básico envolvido neste dispositivo é a emissão de radiação por cargas aceleradas. A idéia é que pares elétron-buraco sejam gerados por um laser de femtossegundo incidente na amostra, que se movem rapidamente entre os eletrodos, devido à tensão aplicada. Para obter a máxima eficiência de absorção, a camada isolante também serve como anti-refletora para o laser. A segunda metalização possui um papel essencial, pois ela garante que todos os portadores são acelerados no mesmo sentido, possibilitando então a interferência construtiva no campo distante (Far-Field) 3. Considerando a grande dificuldade de obtenção de lasers com pulsos de femtossegundos no período deste trabalho, utilizamos nosso dispositivo para a geração de ondas na faixa de MHz a partir de um laser pulsado eletronicamente, para verificação do princípio. Muito boa concordância entre nossa simulação e as medidas foi obtida. No entanto, deve-se observar que as propriedades da onda gerada neste caso são mais dependentes do pulso óptico em si do que da velocidade do dispositivo. De toda forma, o resultado mostra que o princípio de geração de ondas de rádio a partir de pulsos ópticos foi demonstrado com sucesso com nosso dispositivo. === Abstract: Terahertz electromagnetic radiation (THz) is situated around 1012 Hz in the electromagnetic wave spectrum, with associated wavelengths varying from 30 µm to 3 mm. It is possible then to use this radiation to investigate physical properties of materials that requires a definition of this order. Besides spectroscopy applications, these wavelengths are capable of penetrating deep into paper, skin, clothes, and even atmospheric fog, generating a great interest in using it for security systems, medicine and aviation¹. In this work, the development of Terahertz emitters based on photoconductive SI-GaAs (Semi-Insulator GaAs) will be presented, including a detailed discussion on the theory of this emission, description of the fabrication processes and results obtained from various samples. This antenna consists on interdigitated finger electrodes deposited on the top of a substrate, similar to MSM Photodetectors². The main difference between these two devices is that on our emitter,a second "opaque " metallization is done on top of the previous,separated by a Si3N4 dielectric layer. The basic physical concept involved in this device is radiation emission from accelerated charges. The idea is to generate electron-hole pairs by an incident femtosecond laser, which rapidly move between the electrodes, due to the bias voltage applied. To have maximum absorption efficiency, the insulating layer also serves as an anti-reflective coating for the pump laser. The second metallization plays an essential role, for it ensures that all carriers are accelerated in the same direction, thus allowing constructive interference on the far-field³. Giving the unavailability of a femtosecond laser for this work, we have used our device to generate radio waves in the MHz range using an electronically driven laser source. Very good agreement between our simulation and the results was obtained. One should note that in this case the emitted radiation is more dependent upon the optical pulse shape than the device speed itself. Nevertheless, our results show we have successfully demonstrated the generation of radio waves from optical pulses using our device. === Mestrado === Física da Matéria Condensada === Mestre em Física