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研究人員利用光泵/THz探針光譜測試了鍺器件中載流子的複合。
太赫茲波在科學技術中的地位變得越來越重要。它使科學家能夠揭示未來材料的特性。然而，太赫茲波的製造仍然是一個巨大的挑戰。
《光：科學與應用》雜誌報道，德國赫姆霍茲-德累斯頓-羅森多夫研究中心（HZDR）、德累斯頓工業大學（TUD）和康斯坦茨大學（UOK）的研究人員在該領域取得了重大進展。他們開發了一種新型鍺器件，能夠產生具備優勢特性的太赫茲脈衝：這種脈衝具有良好的寬帶頻譜，可同時傳輸多種太赫茲頻率。新型鍺器件可以用現有半導體工業方法制造，在未來有望得到廣泛應用。
與光類似，太赫茲波屬於電磁輻射。在光譜中，它們正好處於微波和紅外輻射之間。雖然後兩者早已進入人類的日常生活，但太赫茲波的應用才剛剛起步。其原因在於，研究人員還無法制造出比較完美的太赫茲波發射器。
現有方法是用短激光脈衝輻照砷化鎵晶體，以形成砷化鎵電荷載流子。電荷被電壓加速後產生太赫茲波。HZDR物理學家Harald Schneider博士解釋說：“這種方法有很多缺點。例如，它涉及昂貴的特殊激光，對於廉價的標準激光器來說，這是行不通的。另外，砷化鎵晶體只能提供相對窄帶的太赫茲脈衝，頻率範圍受到了限制。”
因此，Schneider團隊將視線轉向了另一種半導體材料：鍺。Schneider說：“鍺晶體能夠適用於便宜的光纖激光器。它的透明度非常好，有助於發射寬帶脈衝。但新的問題產生了，如果用短激光脈衝照射純鍺，半導體中的電荷需要幾微秒才會消失。然而，激光每隔幾十納秒就會發射一次脈衝。這樣的發射速度對鍺來說實在是太快了。”
為了克服這一困難，研究人員決定藉助貴金屬金的幫助。Abhishek Singh博士解釋說：“我們用離子加速器將金原子射入鍺晶體中。金滲透到晶體中大約100納米的位置。隨後，我們用熱處理使金原子能夠均勻分佈於鍺晶體中。”當研究人員再次用超短激光脈衝照射摻雜金的鍺晶體時，發現電荷的消失時間縮短至不足兩納秒。
新方法使太赫茲脈衝的帶寬達到了70太赫茲，這幾乎是砷化鎵技術的10倍。Schneider表示：“我們終於獲得了連續的太赫茲光譜。這將使太赫茲技術的應用更具多樣化。此外，鍺與硅的兼容性非常好，工程師們可以用已有的微芯片技術處理鍺晶體。”
期刊編號：2095-5545
原文鏈接：https://www.sciencedaily.com/releases/2020/03/200316141549.htm
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