Приемник терагерцового излучения

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Есман Александр Константинович Кулешов Владимир Константинович Зыков Григорий Люцианович Залесский Валерий Борисович Кравченко Владимир Михайлович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Приемник терагерцового излучения, содержащий на лицевой стороне подложки чувствительные элементы в виде двух аподизированных металлических дифракционных решеток, связанных с детектирующим диодом через согласующие элементы в виде равнобедренных треугольных неоднородных волноводных линий, отличающийся тем, что в подложке под детектирующим диодом выполнена полость, а под чувствительными элементами - сквозные вырезы прямоугольной формы, при этом на концах ее диагонали симметрично расположены контактные площадки, электрически связанные Г-образными выходными линиями с основаниями согласующих элементов, угол при вершине которых выбран равным 140. 2. Приемник терагерцового излучения по п. 1, отличающийся тем, что глубина полости под детектирующим диодом выполнена большей, чем его геометрический размер по вертикали. 78172011.12.30 3. Приемник терагерцового излучения по п. 1, отличающийся тем, что горизонтальные участки выходных линий расположены на расстоянии, как минимум 0,5 , от чувствительных элементов, где- резонансная длина волны устройства. 4. Приемник терагерцового излучения по п. 1, отличающийся тем, что длина выходных линий сравнима с резонансной длиной волны устройства. 5. Приемник терагерцового излучения по п. 1, отличающийся тем, что равнобедренные треугольные неоднородные волноводные линии выполнены в виде несимметричных нерегулярных полосковых линий треугольной формы.(56) 1. Патент США 7091918 1. 2. Патент РБ 6438 (прототип). Полезная модель относится к области антенной техники дальнего инфракрасного (терагерцового) диапазона и может быть использована при разработке многоканальных высокоэффективных приемников электромагнитного излучения. Известна детектирующая антенна 1, содержащая расположенную на прозрачной подложке двухплечевую антенну, внутренние стороны плеч которой соединены выпрямительным элементом, металлический экранный слой, образующий точки соединения по постоянному току для каждого плеча антенны в местах их соединения с выпрямительным элементом. Данное устройство имеет низкую эффективность преобразования энергии электромагнитного излучения в энергию электрического сигнала, вызванную отсутствием оптимального согласования волнового сопротивления антенны с открытым пространством, а именно на границе раздела двух сред (материал антенны и воздух) резко изменяется эффективная диэлектрическая проницаемость. Наиболее близким по технической сущности является детектирующая антенна терагерцового диапазона 2, содержащая на лицевой стороне прозрачной диэлектрической подложки двухплечевую металлическую антенну, концы внутренних частей плеч которой электрически соединены с выпрямительным элементом, внутренние части обоих плеч выполнены в виде равнобедренных треугольных неоднородных волноводных линий с углом при вершине в 45, а их основания связаны соответственно с внутренними концами оставшихся частей антенны, каждая из которых выполнена в виде, как минимум, одной аподизированной металлической дифракционной решетки. Данное устройство имеет недостаточно высокую эффективность преобразования энергии электромагнитного излучения в информационный электрический сигнал из-за больших емкостей выпрямительного элемента и выходной полосковой линии, а также из-за высокого значения эффективной диэлектрической проницаемости устройства. Техническая задача - повышение эффективности преобразования электромагнитного излучения в информационный электрический сигнал при одновременном расширении частотного диапазона преобразуемого терагерцового излучения в сторону более высоких частот. Поставленная техническая задача решается тем, что приемник терагерцового излучения, содержащий на лицевой стороне подложки чувствительные элементы в виде двух аподизированных металлических дифракционных решеток, связанных с детектирующим диодом через согласующие элементы в виде равнобедренных треугольных неоднородных волноводных линий, содержит в подложке под детектирующим диодом полость, а под чувствительными элементами - сквозные вырезы прямоугольной формы, при этом на концах ее диагонали симметрично расположены контактные площадки, электрически связан 2 78172011.12.30 ные Г-образными выходными линиями с основаниями согласующих элементов, угол при вершине которых выбран равным 140. Для эффективного решения поставленной технической задачи глубина полости под детектирующим диодом выполнена большей, чем его геометрический размер по вертикали. Для эффективного решения поставленной технической задачи горизонтальные участки выходных линий расположены на расстоянии, как минимум 0,5 , от чувствительных элементов, где- резонансная длина волны устройства. Для эффективного решения поставленной технической задачи длина выходных линий сравнима с резонансной длиной волны устройства. Для эффективного решения поставленной технической задачи равнобедренные треугольные неоднородные волноводные линии выполнены в виде несимметричных нерегулярных полосковых линий треугольной формы. Совокупность полезной модели позволяет решить техническую задачу за счет уменьшения емкостей детектирующего диода и выходных линий, а также оптимального согласования чувствительных элементов, как с детектирующим диодом, так и с волновым сопротивлением открытого пространства. Сущность полезной модели поясняется на фигуре, где 1 - подложка,2 - выходные линии,3 - контактные площадки,4 - чувствительные элементы,5 - согласующие элементы,6 - детектирующий диод,7 - сквозные вырезы прямоугольной формы,8 - полость. В приемнике терагерцового излучения на подложке 1 расположены чувствительные элементы 4, связанные с согласующими элементами 5, электрически соединенными с детектирующим диодом 6. Под детектирующим диодом 6 выполнена полость 8, а под чувствительными элементами 4 - сквозные вырезы прямоугольной формы 7. На диагонали подложки 1 симметрично выполнены Г-образные полосковые выходные линии 2, электрически подключенные к согласующим элементам 5. В конкретном исполнении подложка 1 выполнена методами фотолитографии из прозрачного в терагерцовой области полиимида. Выходные линии 2, контактные площадки 3,чувствительные 4 и согласующие 5 элементы приемника терагерцового излучения выполнены по интегральной технологии из слоя золота толщиной 50 нм с топологией, представленной на фигуре. Чувствительные элементы 4 имеют геометрические размеры 100100 мкм 2,а угол при вершине равнобедренных треугольных неоднородных волноводных линий в согласующих элементах 5 выбран равным 140. Детектирующий диод 6 - это диод Шоттки, выполненный по интегральной технологии на основе , в котором один золотой электрод образует барьер Шоттки с тонким базовым слоем , а второй золотой электрод имеет омический контакт с кристаллом . Под детектирующим диодом 6 химическим травлением выполнена полость 8. Чувствительные элементы 4, представляющие собой аподизированные металлические дифракционные решетки, выполнены из тонкого(50 нм) слоя золота с коэффициентом заполнения, изменяющимся по линейному закону для уменьшения перепада эффективной диэлектрической проницаемости (показателя преломления) на границах раздела с окружающим пространством. Под чувствительными элементами 4 выполнены сквозные вырезы прямоугольной формы 7 в подложке 1, позволяющие еще больше уменьшить перепад эффективной диэлектрической проницаемости на границах устройства с окружающей средой. Работает устройство следующим образом. Электромагнитное излучение терагерцового диапазона (0,52,5 ТГц) из окружающего пространства почти полностью поглощается 3 78172011.12.30 чувствительными элементами 4 благодаря их оптимальному согласованию с окружающей средой по волновым сопротивлениям. В чувствительных элементах 4 происходит преобразование энергии этих электромагнитных волн в ток соответствующей частоты, который через согласующие элементы 5 поступает на детектирующий диод 6. Электрический информационный сигнал с детектирующего диода 6 через согласующие элементы 5 и выходные линии 2 поступает на контактные площадки 3 (выход устройства). Предложенная полезная модель позволяет повысить эффективность преобразования энергии электромагнитного излучения терагерцового излучения в энергию электрического тока за счет оптимального согласования чувствительных элементов 4 как с окружающим пространством, так и с детектирующим диодом 6. Первое достигается за счет выполнения чувствительных элементов 4 в виде аподизированных металлических дифракционных решеток с коэффициентом заполнения, изменяющимся по линейному закону, а также удаления части подложки 1 в виде сквозных вырезов прямоугольной формы 7. Второе - за счет места расположения контактных площадок 3 и конфигурации выполнения выходных линий 2, а также расстояния расположения их горизонтальных частей от чувствительных элементов 4. Более того, заявляемая модель позволяет одновременно расширить частотный диапазон преобразуемого терагерцового излучения в сторону более высоких частот за счет уменьшения емкости детектирующего диода 6 путем выполнения полости 8 в подложке 1, оптимизации формы и геометрических размеров согласующих элементов 5. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4