Fabrication and characterization of uni-travelling-carrier photodiodes applied to terahertz waves generation - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2008

Fabrication and characterization of uni-travelling-carrier photodiodes applied to terahertz waves generation

Réalisation et caractérisation de photodiodes à transport unipolaire pour la génération d'ondes térahertz

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Résumé

Lying between visible light and microwaves range, the terahertz (THz) frequency domain is still remaining unexploited. Many practical application exist yet such as : polluants sensing, quality control, medical imaging, high speed telecommunications,...However, to date there have been no easy frequency tuning, compact, efficient, low-cost and room temperature working sources. Optoelectronic could satisfy these requirements in part thnaks to photodetectors sensitive to a wavelength of 800 nm. A 1550 nm based photodetector would permit the use of the abundant and cheaper optical components that exist at this wavelength.
In this situation, we focus our attention on a promising photodetector with both a potentially high cutoff frequency and good saturation behaviour : the uni-travelling-carrier photodiode (UTC-PD).
The first part of this work consists in developing a technological process for UTC-PD's monolithically integrated with coplanar waveguides in order to generate picosecond pulses. These devices have been characterized by elctroptic sampling and pulses with full width at half maximum of few picoseconds have been achieved.
Then, the integration of UTC-PD's with a new broadband antenna allows the radiation of continuous THz-waves (1.1 µW at 940 GHz) by means of optical frequencies beating in the photodetector at wavelengths of about 1550 nm. Spectroscopic measurements of gas at 1.4 THz was also done.
Situé entre la lumière visible et les micro-ondes, le domaine de fréquence térahertz (THz) est une zone du spectre électromagnétique encore peu exploitée. Il existe pourtant de nombreuses applications : détection de polluants, contrôle de qualité, imagerie médicale, télécommunications à très haut débit... Cependant, à ce jour, il n'existe pas de sources accordables, compactes, efficaces, fonctionnant à température ambiante et de faible coût. L'opto-électronique répond en partie à ces besoins grâce aux photodétecteurs sensibles à une longueur d'onde de 800 nm. L'utilisation d'une longueur d'onde de 1550 nm permettrait de bénéficier de la disponibilité de sources optiques relativement peu onéreuses et compactes et d'un système fibré.
Dans ce contexte, nous nous sommes intéressés à un photodétecteur prometteur avec une fréquence de coupure potentiellement élevée et de bonnes caractéristiques en régime de saturation : la photodiode à transport unipolaire (UTC-PD).
La première partie de ce travail a consisté à développer un procédé de réalisation technologique d'UTC-PDs intégrées de façon monolithique à des guides d'ondes coplanaires pour la génération d'impulsions picosecondes. Ces dispositifs ont été caractérisés par échantillonnage électro-optique et ont généré des impulsions électriques de quelques picosecondes de largeur à mi-hauteur.
Dans un second temps, l'intégration monolithique d'UTC-PD avec une nouvelle antenne THz large bande a permis la génération d'ondes THz monochromatiques (1,1 µW à 940 GHz) par mélange hétérodyne de deux sources lasers continues de longueur d'onde autour de 1550 nm. Des mesures de spectroscopie de gaz à 1,4 THz ont aussi été réalisées.
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Dates et versions

tel-00366728 , version 1 (09-03-2009)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00366728 , version 1

Citer

Alexandre Beck. Réalisation et caractérisation de photodiodes à transport unipolaire pour la génération d'ondes térahertz. Micro et nanotechnologies/Microélectronique. Université des Sciences et Technologie de Lille - Lille I, 2008. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00366728⟩
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