Composants pour la génération et la détection d’impulsions térahertz

Components for generating and detecting terahertz pulses

• Auteur / Autrice : Olivier Offranc
• Direction : Jean-François Lampin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Micro et Nanotechnologies, Acoustique et Télécommunications
• Date : Soutenance le 10/05/2010
• Etablissement(s) : Lille 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Propriétés électroniques

Antimoine

Photodiodes

Épitaxie par faisceaux moléculaires

Semiconducteurs à l'arséniure de gallium

Diodes tunnel

Générateurs d'impulsions

Rayonnement terahertz

Mots clés libres

Photomélange

Antenne photoconductice

Résumé

Le domaine de fréquences térahertz fait la liaison entre le monde des transistors et des lasers. Malgré les nombreuses applications possibles, il n’existe pas, à l’heure actuelle, de source térahertz compacte fonctionnant à température ambiante. De même, pour la détection d’impulsions térahertz, il n’existe pas vraiment de systèmes satisfaisants pour des applications en télécommunication. Nous avons étudié et caractérisé la croissance du GaAsSb épitaxié à basse température (GaAsSb- BT) afin d’obtenir un matériau résistif à temps de vie court pour l’élaboration de photocommutateurs. À partir de ce matériau, des antennes photocondutrices pour la génération d’impulsions térahertz ont été réalisées. Les premiers résultats obtenus sont encourageants bien que légèrement moins performants que le GaAs-BT et pourraient être améliorés en optimisant la croissance du GaAsSb-BT. En complément, nous avons réalisé des photodiodes à transport unipolaire (UTC-PD) en GaAsSb dont la réponse est similaire à celle des UTC-PD en InGaAs. L’intégration monolithique d’une UTC-PD en GaAsSb avec une antenne térahertz large bande a permis la génération d’une onde térahertz d’environ 300GHz, démontrant ainsi la faisabilité d’un tel dispositif pour la génération d’ondes térahertz. Pour la détection d’impulsions térahertz, nous avons conçu et simulé un monostable à base de diode à effet tunnel résonnant. Ce circuit est composé d’éléments passifs comme l’inductance pour fixer la durée de l’impulsion en sortie du monostable. La fréquence de résonance de cette inductance semble être la principale limitation pour la détection d’impulsions térahertz.

The terahertz frequency range makes the connection between the world of transistors and lasers. Despite the many potential applications, today there is not compact terahertz source operating at room temperature. Similarly, for detection of terahertz pulses, there is not really satisfying systems for telecommunication applications. We studied and characterized low temperature growth GaAsSb (LT-GaAsSb) to obtain a resistive material with short life time for the development of photoswitches. From this material, photoconductive antennas were made for the generation of terahertz pulses. The first results are encouraging although less efficient than the LT-GaAs and could be improved by optimizing the growth of LT-GaAsSb. In addition, we made uni-travelling carrier photodiodes (UTC-PD) in GaAsSb whose response is similar to the UTC-PD in InGaAs. The monolithic integration of UTC-PD in GaAsSb with a broadband terahertz antenna enabled the generation of terahertz waves around 300GHz, thus demonstrating the feasibility of such a device for generating terahertz waves. For detection of terahertz pulses, we have designed and simulated a monostable based on resonant tunneling diode. This circuit is composed of passive elements such as an inductor to determine the width of the output pulse of the monostable. The resonant frequency of the inductor appears to be the main limitation for the detection of terahertz pulses.