15 MeV He 离子注入SI-GaAs制备太赫兹光电导天线.PDF

第33 卷 第7 期 核 技 术 Vol. 33, No.7 2010 年7 月 NUCLEAR TECHNIQUES July 2010 + 1.5 MeV He 离子注入SI-GaAs制备 太赫兹光电导天线 1,2 1,2 1,2 1 1 1 1 杨 康 陈西良 马明旺 杨树敏 曹建清 王永祺 朱智勇 1 （中国科学院上海应用物理研究所 上海 201800 ） 2 （中国科学院研究生院 北京 100049 ） + 摘要 用1.5 MeV He 离子注入半绝缘砷化镓晶体(SI-GaAs)，以其为基体制成光电导天线。太赫兹时域光谱测 量显示，以离子注入晶体为基体的光电导天线，其时域信号强度是未注入晶体的3 倍，略强于以LT-GaAs 晶 体为基体的光电导天线，但拥有比LT-GaAs 晶体为基体的光电导天线略宽的频谱宽度和相当的信噪比。实验 +室温注入SI-GaAs 制备太赫兹光电导天线的最佳注量约为11016 ions·cm–2 。 结果表明，用1.5 MeV He 关键词 离子辐照，太赫兹光谱，光电导天线 中图分类号 O472 太赫兹(THz)脉冲的瞬时性、宽带性、相干性和 十多年前，用低温分子束外延法在半导体基体 低能性特征，使太赫兹光谱技术在探测晶体、聚合 上生长的砷化镓(LT-GaAs) 薄膜晶体逐渐取代 物和有机液体的光电性质方面具有独特优势。目前 RD-SOS ，其电阻率高(107 Ω·cm)、载流子迁移率 用于太赫兹光谱技术的多种太赫兹发射源中，最常 大(100–300 cm2 ·V–1 ·s–1) 、载流子寿命短(1 ps)，成 见的是太赫兹光电导天线(PCA) ，是一种利用短脉 为应用最为广泛的光电导天线基体[1–4] 。但其光电导 冲激光激励光电导晶体材料发射出太赫兹脉冲的装 性能取决于 GaAs 晶体薄膜的生长环境气氛、生长 置( 图1)。其工作原理是：在光电导晶体材料表面淀 温度和退火条件等因素，产品性能的重复性不甚理 积两条相互平行的共面金属线制成偶极天线电极， 想，不利于产品的大规模生产。 用光子能量大于半导体禁带宽度的超短脉冲激光激 近几年来，离子注入制备太赫兹发射晶体受到 励光电导间隙，使半导体材料内产生电子-空穴对。 了十分重视，各实验室用As 、O、C、N 、H 等离子 被激发的自由载流子在偏压作用下形成瞬态光电 对Si、GaAs 和InP 等宽禁带半导体进行离子注入改 流，瞬态光电流的产生和衰减可产生皮秒脉宽的太 性[5–13]，已可制备出与LT-GaAs 性能不相上下的太 赫兹电磁辐射脉冲，并通过天线向空间传播。最初， 赫兹发射性能的光电导基体材料，且光电导性质精 +离子注入SI-GaAs 晶 蓝宝石上辐射损伤的硅(RD-SOS) 曾广泛用作光电 确可控。本文用1.5 MeV He 导天线的基体。 体，探讨此法制备太赫兹发射晶体的可行性。 1 实验方法 实验在中