Silicon based terahertz radiation detectors

Détecteurs de radiation THz à base de silicium

Dmytro But (1)

1 L2C - Laboratoire Charles Coulomb

This thesis is devoted to study of terahertz detectors based on field-effect transistors fabricated using silicon technology and they comparison to InGaAs/InP ones. The main research effort was devoted to the problem of detectors linearity at high radiation intensities. The photoresponse of field effect transistors to terahertz radiation in a wide range of intensities: from 0.5 mW/cm2 up to 500 kW/cm2 and for frequencies from 0.13 THz to 3.3 THz was studied. This work shows that the photoresponse of all studied detectors increases linearly with increasing radiation intensity up to a few kW/cm2 range and is followed by the nonlinear and saturation parts for higher radiation intensities. This effect has led to the new model of broadband field-effect transistor detectors. The model is based on the phenomenological knowledge of the transistor static transfer characteristic and explains the photoresponse nonlinearity as related to non-linearity and saturation of the transistor channel current. The developed model explains consistently experimental data both in linear and nonlinear regions of terahertz detection.

Cette thèse est consacrée à l'étude des détecteurs de radiation THz basés sur des transistors à effet de champ qui ont été fabriqués en utilisant les technologies différentes. La photo-réponse de transistors à effet de champ a été étudiée dans une large gamme d'intensités de radiation: de 0,5 mW/cm2 à 500 kW/cm2, et pour des fréquences allant de 0,13 THz à 3,3 THz. Les détecteurs montrent la photo-réponse linéaire en fonction de l'intensité du rayonnement dans une large gamme d'intensités, jusqu'à plusieurs kW/cm2. Pour toutes les fréquences, nous avons observé que la région linéaire a été suivie par une partie non linéaire et ensuite par une saturation. Cet effet a conduit à un nouveau modèle de détecteurs FET à large bande qui est basé sur la connaissance phénoménologique de caractéristiques statiques de transistor. Le modèle prend en compte le comportement non linéaire du courant dans le canal dans toute une plage de fonctionnement du transistor, ce qui est particulièrement important à des intensités élevées de rayonnement THz. Les données expérimentales ont été interprétées avec succès dans le cadre du modèle développé.

Mots clés: Terahertz; Plasma wave; Transistors

Mots clés: Terahertz; Onde de plasma; Transistors

Domaines: Physique [physics]

Dmytro But. Silicon based terahertz radiation detectors. Physics [physics]. Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2014. English. ⟨NNT : 2014MON20170⟩. ⟨tel-01811025⟩