[发明专利]基于负微分迁移率的平面纳米电磁辐射器结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于负微分迁移率的平面纳米电磁辐射器结构。

背景技术

太赫兹(THz)波在电磁波谱中占有一个很特殊的位置，其频率范围大致为 0.1-10THz(THz＝1012Hz)。在长波方向，它与毫米波有重叠；在短波方向，它与 红外线有重叠。由于其所处的特殊位置，THz波具一系列特殊的性质：在频域上， 太赫兹处于宏观经典理论向微观量子理论的过渡区，处于电子学向光子学的过 渡；它覆盖了包括蛋白质在内的各种大分子的转动和振荡频率；它的量子能量 很低，不会对物质产生破坏作用；所以与X射线相比，有很大的优势，必将成 为研究各种物质——特别是生命物质——强有力的工具，因此，在基础科学上 有很重要的学术价值。此外，在科学技术上及工业上也有很多很诱人的应用。 由于太赫兹的波长比微波小1000倍以上，所以其空间分辨率很高。因此可用于 如信息科学方面的高空间、时间分辨率成像，信号处理以及大容量数据传输； 材料科学方面的分层成像、生物成像；等离子体聚变的诊断；天文学及环境科 学等。而且在国防上也有着极其重要的应用前景：如毒品的检测、武器的搜查 和军事情报的收集等。

在THz科学技术中，探测器和辐射源既是基础也是关键，目前已经成为国 内外研究热点。其中基于平面纳米结构的器件由于工艺简单、易于集成且寄生 电容小，越来越受到人们的重视。今年三月份，中国国家发明专利(专利号ZL 02808508.6)公布了一种平面纳米二极管器件。该器件是通过采用纳米刻蚀技 术在一个导电衬底上制作绝缘线以限定电荷流动路径而获得的。用它作为元件 可以构成全部的逻辑门：如OR、AND以及NOT；也可以构成全波段的整流器，用 于探测电磁波。最新的实验表明该器件至少能用于探测频率高达0.11THz的电 磁波。由于该器件在反向偏压的条件下具有负微分电阻，因此可以作为振荡电 路的关键元件。但是，专利02808508.6没有公布一个自发振荡的平面纳米电磁 波辐射器件，也没有公布制作自发振荡的平面纳米电磁波辐射器件的关键方法。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的是实现一种基于负微分迁移率的平面 纳米电磁辐射器结构，该器件具有工艺简单、易于集成、功率高、热性能好等 优点。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种基于负微分迁移率的平面纳 米电磁辐射器结构，其由下往上依次包括绝缘衬底、有源层及绝缘保护层，有 源层的两侧还分别设有侧面电极，该有源层包括位于有源层左右两端的低电阻 区域、位于有源层中间的电场强度分布不均匀的高电阻区域，且两低电阻区域 通过高电阻区域相连通。

该高电阻区域的上下两侧分别设有绝缘区域，且每一绝缘区域的整体几何 形状关于有源层的中心线不对称。

该绝缘区域呈L型；该绝缘区域内设有不与其它区域联通的孤立区域。

该绝缘区域上下两端设有改变绝缘区域中电荷分布的电极。

该绝缘区域通过在绝缘保护层上制作平面纳米电极，并加上偏压的方式改 变有源层导电特性的空间分布形成。

该绝缘区域通过在有源层上刻蚀纳米绝缘沟槽形成。

该绝缘沟槽中还填有不同介电常数的绝缘材料。

有源层的上下两端设有改变有源层中高电阻区域电场分布的电极。

该绝缘保护层上还设置有一层金属层。

该有源层由本征的In_0.53Ga_0.47As层和本征的In_0.53Al_0.47As层构成，并在 In_0.53Ga_0.47As层和In_0.53Al_0.47As层的界面上形成有二维电子气层。

该有源层的厚度小于100nm，该高电阻区域的左右长度为1200～1300nm之 间，上下宽度为50～70nm之间。

与现有技术相比，本发明的优点和有益效果体现在：本发明利用高电阻区 域不均匀的电场分布，利于电荷畴的充分生长，使得振荡大大增强，从而获得 稳定的电磁波辐射。

附图说明

图1a、1b为本发明中两端器件第一种优选实施例子的示意图，图1c为一 个对比器件的平面结构；