臺灣博碩士論文加值系統

我們利用自組裝光罩乾蝕刻法(self-masked dry etching)製作砷化鎵奈米尖錐來產生兆赫輻射。砷化鎵奈米尖錐的輻射功率比基板至少增強一個數量級，甚至可達到二個數量級以上。我們利用電流脈衝效應模擬激發光能量與輻射功率關係，推測砷化鎵奈米尖錐產生兆赫輻射的機制。從反射率的量測上，我們可以得知砷化鎵奈米尖錐比基板吸收較多的激發光能量。我們建立一個模型，利用輻射功率與激發光強度的平方成正比之關係，在考慮反射率的影響下，證實奈米尖錐確實因表面積變大造成輻射功率變大。

Terahertz emission from GaAs nanotips fabricated from self-masked dry etching has been investigated. The power of terahertz emission from GaAs nanotips is one order of magnitude higher than that from GaAs bulk at least, even more than two orders of magnitude. We simulated the relation between pump power and the power of terahertz emission by means of current surge effect to conjecture the mechanism of terahertz emission fom GaAs nanotips. We found that GaAs nanotips absorbed more pump power than bulks by reflctance. A model was established under the condition that the power of terahertz emission is proportional to the square of pump power. By considering the influence of reflcetance, we proved the power of terahertz emission increased indeed because the surface increased.

致謝 Ⅰ
摘要 Ⅱ
Abstract Ⅲ
目錄 Ⅳ
圖目錄 Ⅵ
表目錄 Ⅸ
第一章 簡介 1
參考文獻 4
第二章 兆赫輻射原理與量測理論 5
2.1 產生兆赫輻射的機制 5
2.2 電流脈衝效應 6
2.2.1外加偏壓電場輻射機制 7
2.2.2表面電場輻射機制 10
2.3光整流效應 17
2.4光電導取樣 19
2.5電光取樣 20
參考文獻 22
第三章 實驗系統及架構 24
3.1 雷射系統 24
3.2 實驗系統架構 24
3.3 時間解析激發-探測技術原理 26
3.4 利用砷化銦(InAs)作為標準樣品產生兆赫輻射 27
參考文獻 30
第四章 樣品介紹 31
4.1 樣品說明 31
參考文獻 37
第五章 實驗結果與討論 38
5.1 利用n-GaAs基板與奈米尖錐產生兆赫輻射 38
5.2 利用p-GaAs基板與奈米尖錐產生兆赫輻射 43
5.3奈米尖錐長度與兆赫輻射功率之關係 49
5.4使用s極化光激發樣品 58
第六章 結論 60
圖目錄
圖 1- 1電磁波頻譜圖 1
圖 2- 1大孔徑光電導天線邊界條件模型 7
圖 2- 2 兆赫輻射的傳播方向 11
圖 2- 3 n型半導體的能帶與光激載子移動示意圖 13
圖 2- 4 p型半導體的能帶與光激載子移動示意圖 13
圖 2- 5 n型與p型磷化銦在時域的兆赫輻射波形 14
圖 2- 6電子與電洞因遷移率不同而形成擴散電流 16
圖 2- 7 n型與p型砷化銦在時域的兆赫輻射波形 16
圖 2- 8光電導天線產生兆赫輻射及探測裝置 20
圖 2- 9電光取樣架構圖 21
圖 3- 1兆赫輻射光譜系統 25
圖3- 2探測-激發原理示意圖 27
圖 3- 3 InAs產生兆赫輻射的時域圖 28
圖 3- 4 InAs產生兆赫輻射的頻域圖 28
圖 3- 5 InAs的激發光能量與輻射功率關係 29
圖 4- 1 n-GaAs nanotip的SEM斜視圖 33
圖 4- 2 n-GaAs nanotip的SEM剖面圖 33
圖 4- 3 p-GaAs nanotip的SEM斜視圖 34
圖 4- 4 p-GaAs nanotip的SEM剖面圖(i) 34
圖 4- 5 p-GaAs nanotip的SEM剖面圖(ii) 35
圖 4- 6 p-GaAs nanotip(948)的SEM剖面圖 35
圖 4- 7 p-GaAs nanotip(949)的SEM剖面圖 36
圖 4- 8 p-GaAs nanotip(953)的SEM剖面圖 36
圖 5- 1 n-GaAs nanotip的兆赫輻射時域訊號 39
圖 5- 2 n-GaAs基板的兆赫輻射時域訊號 39
圖 5- 3 n-GaAs nanotip的兆赫輻射頻域頻譜 40
圖 5- 4 n-GaAs基板的兆赫輻射頻域頻譜 40
圖 5- 5 n-GaAs基板與奈米尖錐的激發光能量與輻射功率關係 41
圖 5- 6 n-GaAs nanotip的激發光能量與輻射功率關係之Log圖 41
圖 5- 7 n-GaAs基板的激發光能量與輻射功率關係之Log圖 42
圖 5- 8 理論模擬激發光能量與輻射功率關係之Log圖 42
圖 5- 9 p-GaAs nanotip的兆赫輻射時域訊號 44
圖 5-10 p-GaAs基板的兆赫輻射時域訊號 45
圖 5-11 p-GaAs nanotip的兆赫輻射頻域頻譜 45
圖 5-12 p-GaAs基板的兆赫輻射頻域頻譜 46
圖 5-13 p-GaAs基板與奈米尖錐的激發光能量與輻射功率關係 46
圖 5-14 p-GaAs nanotip的激發光能量與輻射功率關係之Log圖 47
圖 5-15 p-GaAs基板的激發光能量與輻射功率關係之Log圖 47
圖 5-16 s極化與p極化光在45度角入射n-GaAs樣品的反射率 48
圖 5-17 s極化與p極化光在45度角入射p-GaAs樣品的反射率 48
圖 5-18 p-GaAs基板的兆赫輻射時域訊號 50
圖 5-19 p-GaAs nanotip(948)的兆赫輻射時域訊號 51
圖 5-20 p-GaAs nanotip(949)的兆赫輻射時域訊號 51
圖 5-21 p-GaAs nanotip(953)的兆赫輻射時域訊號 52
圖 5-22 p-GaAs基板的兆赫輻射頻域頻譜 52
圖 5-23 p-GaAs nanotip(948)的兆赫輻射頻域頻譜 53
圖 5-24 p-GaAs nanotip(949)的兆赫輻射頻域頻譜 53
圖 5-25 p-GaAs nanotip(953)的兆赫輻射頻域頻譜 54
圖 5-26 p-GaAs基板與奈米尖錐的激發光能量與輻射功率關係 54
圖 5-27 p-GaAs基板的激發光能量與輻射功率關係之Log圖 55
圖 5-28 p-nanotip(948)的激發光能量與輻射功率關係Log圖 55
圖 5-29 p-nanotip(949)的激發光能量與輻射功率關係Log圖 56
圖 5-30 p-nanotip(953)的激發光能量與輻射功率關係Log圖 56
圖 5-31 p極化光45度角入射p-GaAs基板與奈米尖錐的反射率 57
圖 5-32各奈米尖錐在不同激發光下所對應的表面面積因子 57
圖 5-33 s極化光45度角入射p-GaAs基板與奈米尖錐的反射率 59
圖 5-34 p-GaAs基板與奈米尖錐的激發光能量與功率關係(s極化) 59
表目錄
表 4- 1實驗量測樣品 32

[1-1] K. H. Yang, P. L. Richards, and Y. R. Shen, Appl. Phys. Lett. 19, 320 (1971)
[1-2] D. H. Auston, K. P. Cheung, and P. R. Smith, Appl. Phys. Lett. 45, 284 (1984)
[1-3] Martin van Exter, Ch. Fattinger, and D. Grischkowsky, Appl. Phys. Lett. 55, 337 (1989)
[1-4] Q. Wu, and X.-C. Zhang, Appl. Phys. Lett. 67, 3523 (1995)
[1-5] Q. Wu, and X.-C. Zhang, Appl. Phys. Lett. 68, 1604 (1996)
[1-6] Q. Wu, and X.-C. Zhang, Appl. Phys. Lett. 68, 2924 (1996)
[1-7] M. Reid, I. Cravetchi, R. Fedosejevs, I. M. Tiginyanu, L. Sirbu, and R. W. Boyd, Phys. Rev. B 71, 081306 (2005)
[1-8] H. Ahn, Y.-P. Ku, Y.-C. Wang, C.-H. Chuang, S. Gwo, and Ci-Ling Pan, Appl. Phys. Lett. 91, 132108 (2007)
[1-9] S. He, X. Chen, X. Wu, G. Wang, and F. Zhao, J. Lightwave Technol. 26, 1519 (2008)
[1-10] X. Chen, S. He, X. J. Wu, F. L. Zhao, G. Wang, R. Wang, W. Fang, S. Hu, and N. Dai, Proc. SPIE 6840, 684015 (2007)
[2-1] P. Gu, M. Tani, S. Kono, K. Sakai, and X.-C. Zhang, J. Appl. Phys. 91, 5533 (2002)
[2-2] K. Sakai, Terahertz Optoelectronics, (Springer, Berlin, 2005), p. 64
[2-3] J. D. Jackson, Classical Electrodynamics, 3rd ed. (Wiley, New York, 1999), p. 238
[2-4] X.-C. Zhang, B. B. Hu, J. T. Darrow, and D. H. Auston, Appl. Phys. Lett. 56, 1011 (1990)
[2-5] X.-C. Zhang, and D. H. Auston, J. Appl. Phys. 71, 326 (1992)
[2-6] J. T. Darrow, X.-C. Zhang, D. H. Auston, and J. D. Morse, IEEE J. Quantum Electronics, 28, 1607 (1992)
[2-7] J. D. Jackson, Classical Electrodynamics, 3rd ed. (Wiley, New York, 1999), p. 240
[2-8] P. K. Benicewicz, J. P. Roberts, and A. J. Taylor, J. Opt. Soc. Am. B 11, 2533 (1994)
[2-9] K. Sakai, Terahertz Optoelectronics, (Springer, Berlin, 2005), p. 72
[2-10] J. N. Heyman, N. Coates, and A. Reinhardt, Appl. Phys. Lett. 83, 5476 (2003)
[2-11] K. Sakai, Terahertz Optoelectronics, (Springer, Berlin, 2005), p. 74
[2-12] A. Rice, Y. Jin, X. F. Ma, and X.-C. Zhang, Appl. Phys. Lett. 64, 1324 (1994)
[2-13] K. Sakai, Terahertz Optoelectronics, (Springer, Berlin, 2005), p. 17
[2-14] K. Sakai, Terahertz Optoelectronics, (Springer, Berlin, 2005), p. 18
[2-15] K. Sakai, Terahertz Optoelectronics, (Springer, Berlin, 2005), p. 56
[2-16] C. Kübler, R. Huber, S. Tübel, and A. Leitenstorfer, Appl. Phys. Lett. 85, 3360 (2004)
[2-17] S. Kono, M. Tani, and K. Sakai, IEEE Proc. Optoelectron. 149, 105 (2002)
[3-1] P. Gu, M. Tani, S. Kono, K. Sakai, and X.-C. Zhang, J. Appl. Phys. 91, 5533 (2002)
[4-1] Y. F. Huang et al., Nature Nanotech. 2, 770(2007)
[4-2] H. C. Hsu et al., Nano Lett. 4, 471(2004)
[4-3] K. H. Chen et al., US patent 6,960,528 B2 (2005)