Разработка методов увеличения мощности малогабаритных ТГц излучателей на основе выращенных при низкой температуре гетероструктур А3-As тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Номоев Сергей Андреевич

• Номоев Сергей Андреевич
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Номоев Сергей Андреевич

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. КОМПАКТНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ ТЕРАГЕРЦОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ УСТРОЙСТВ МИКРО-И НАНОЭЛЕКТРОНИКИ

1.1. Источники генерации терагерцового излучения:основные физические принципы

1.1.1. Генерация терагерцового излучения на основе явления Дембера

1.1.2. Генерация терагерцового излучения по принципу эффекта Кикоина - Носкова

1.1.3. Генерация терагерцового излучения с использованием эффекта встроенного электрического поля

1.1.4. Квантово-каскадный лазер

1.1.5. Физические свойства, структурные особенности арсенида галлия и низкотемпературного арсенида галлия

1.2. Современное состояние и развитие по созданию ТГц ФПА на основе полупроводниковых эпитаксиальных пленок арсенида галлия и InGaAs

1.2.1. Основные факторы, влияющие на мощность и частоту генерации терагерцового излучения пленок арсенида галлия и InGaAs

1.2.2. Типы антенных контактов (спиральная, бабочка, вплавные, плазмонные)

1.3. Моделирование ТГц ФПА на основе полупроводниковых эпитаксиальных пленок арсенида галлия и InGaAs

1.4. Влияние ориентации подложки на электрофизические характеристики ТГц ФПА

1.5. Сравнение зарубежных и отечественных широкополосных источников терагерцового диапазона высокой эффективности

1.6. Электрический и магнитный дипольный резонансы на кремниевых наночастицах и их возможное применение для улучшения характеристик ТГц ФПА на основе GaAs

1.7. Применение терагерцового излучения

Выводы по главе

Глава 2. ОБОРУДОВАНИЕ, ИСПОЛЬЗУЕМОЕ В РАБОТЕ,_МЕТОДИКИ ПОЛУЧЕНИЯ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ_МУЛЬТИСЛОЙНЫХ СТРУКТУР И ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ФПА

2.1. Молекулярно-лучевая эпитаксия

2.2. Описание электронно-лучевой литографии

2.3. Общее описание методик выращивания эпитаксиальных структур

2.4. Описание методики изготовления ТГц ФПА с вплавными контактами

2.5. Описание методики изготовления ТГц ФПА с встречно-штыревыми контактами

2.6. Изготовление фотопроводящего материала на основе LT-GaAs для ТГц ФПА с плазмонными наностержнями и прямоугольными наноантеннами

2.7. Измерение темнового тока и фототока на зондовой станции

2.8. Общее описание методики терагерцевой спектроскопии

временного разрешения

2.8.1. Экспериментальная установка терагерцового видения для генерации, регистрации интегральной мощности терагерцового излучения для ТГЦ ФПА без плазмонных контактов

2.8.2. Методика эксперимента временной терагерцевой спектроскопии для ТГц ФПА без плазмонных контактов

2.8.3. Измерение спектральных и интегральных характеристик ТГц ФПА с плазмонными металлическими наностержнями и прямоугольными наноантеннами

2.9. Анализ структуры поверхности пленки: методики АСМ, EDX

2.10. Метод рентгеновской дифракции

2.11. Методика исследования оптических свойств кремниевых наночастиц

Выводы по главе

Глава 3. ГЕНЕРАЦИЯ ТЕРАГЕРЦОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ТГц ФПА НА ОСНОВЕ ПЛЕНОК НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО LT-GaAs

3.1. Генерация терагерцевого излучения в низкотемпературных эпитаксиальных плёнках GaAs на подложках GaAs в зависимости от температуры отжига и отношения потоков мышьяка и галлия

3.1.1. Измерение интегральной мощности ТГц ФПА

3.1.2. Терагерцовая спектроскопия временного разрешения

3.2. Феноменологическое описание процессов генерации терагерцового излучения в ТГц ФПА на основе GaAs

3.3. Экспериментальные исследования электрофизических свойств, ТГц ФПА на основе низкотемпературного LT-GaAs

3.3.1. АСМ и EDX анализ поверхности LT-GaAs

3.3.2. Определение содержания нестехиометрического мышьяка LT- GaAs методом кривых качания в дифракции рентгеновских лучей в зависимости от температуры отжига

3.4. Эксперименты по поглощению терагерцового излучения биологическими объектами на примере сахарозы

3.5. Рассеяние видимого света на кремниевых наночастицах

Выводы по главе

Глава 4. МОДЕЛИРОВАНИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТЫ С ТГц ФПА,НА ОСНОВЕ ПЛЕНОК LT-GaAs С ВПЛАВНЫМИ,_ПЛАЗМОННЫМИ И ВСТРЕЧНО-ШТЫРЕВЫМИ КОНТАКТАМИ

4.1. Моделирование ТГЦ ФПА с вплавными контактами и напряжением смещения под воздействием гауссового лазерного пучка

4.1.1. Моделирование ТГц ФПА с вплавными контактами

4.1.2. Экспериментальные результаты ВАХ ТГц ФПА

4.2. Моделирование ТГЦ ФПА с плазмонными контактами

4.2.2. Генерация, регистрация интегральных и спектральных характеристик терагерцового излучения в ТГц ФПА с плазмонными наностержнями и прямоугольными наноантеннами

4.2.3. Регистрация спектральных характеристик терагерцового излучения в ТГц ФПА с плазмонными золотыми наноструктурами

4.3. Экспериментальные результаты ТГЦ ФПА

со встречно-штыревыми контактами

4.4. Технология формирования 3D металлических наноструктур и Y-образного затвора

СВЧ транзисторов

Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БЛАГОДАРНОСТИ

ЛИТЕРАТУРА

ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Диссертационное исследование посвящено решению актуальной научно-технической задачи - разработке конструкционно-технологических подходов к увеличению мощности широкополосных источников терагерцового диапазона на основе фотопроводящих антенн (ТГц ФПА) с экспериментально полученными при низкой температуре гетероструктурами GaAs.

Существующие методы генерации и детектирования терагерцового излучения, основанные как на радиофизических принципах, так и на подходах нелинейной оптики, неэффективно работают в области частот электромагнитного спектра выше 1.0 ТГц, существенно осложняя развитие различных перспективных практических приложений терагерцовой оптотехники - высокоскоростной беспроводной связи, медицинской и фармацевтической диагностики, бесконтактного контроля качества материалов и дистанционного обнаружения опасных объектов. Имеющиеся источники терагерцового излучения обладают либо малой выходной мощностью (резонансно-туннельные диоды, фотомиксеры, фотопроводящие антенны), либо потребляют большую электрическую мощность и могут использоваться только в лабораторных исследованиях (лампы обратной и бегущей волны, лазеры на свободных электронах).

Источники и детекторы терагерцового излучения являются перспективными компонентами систем высокоскоростной беспроводной связи, медицинской и фармацевтической диагностики, бесконтактного контроля качества материалов и дистанционного обнаружения опасных объектов. Разработка и исследование подобных источников - новое, быстроразвивающееся направление в современной оптоэлектронике.

Сегодня в мире ведутся разработки по созданию методик применения терагерцового излучения для решения задач медицины, биологии, обнаружения взрывчатых веществ, неразрушающего технологического и эксплуатационного контроля.

Связано это прежде всего с тем, что ткани биологических объектов характеризуются различным содержанием воды, которая имеет сильные линии поглощения в терагерцовом диапазоне, что делает терагерцовые методы исследования чувствительными к составу тканей и позволяют достигать высокой контрастности изображений. Во-вторых, терагерцовое излучение не является ионизирующим и, следовательно, опасным для биологических объектов, как часто используемое рентгеновское, что дает возможность использовать терагерцовое излучение in vivo. Одной из важных проблем современной дерматологии является диагностика глубины поражения кожи ожогом в впервые дни после получения такой травмы.

Можно выделить, что в терагерцовом диапазоне электромагнитного излучения можно обнаружить спектры поглощения различных веществ, в том числе взрывчатых, вредных и загрязнителей атмосферы. Более того, возможно обнаружить поглощение этого излучения сложными органическими молекулами, такими как белки и ДНК. Использование отраженного от объектов терагерцового излучения и анализ спектральной информации позволяет обнаруживать взрывчатые вещества без вреда для здоровья людей, проходящих досмотр.

Особенности терагерцового излучения имеют важное значение для обеспечения безопасности в различных местах, включая аэропорты, контрольно-пропускные пункты и места массового скопления людей. Благодаря достаточно высокому пространственному разрешению (~1 мм) это излучение позволяет обнаруживать скрытые объекты, такие как оружие, не причиняя вреда здоровью проходящих досмотр. Кроме того, использование терагерцо-вого излучения обеспечивает высокий контраст изображения при детектировании металлических предметов, что полезно для обнаружения скрытого оружия.

В рамках диссертационного исследования разрабатываемый ТГц ФПА

может быть использован как в качестве источника излучения для систем те-

рагерцового видения, так и в качестве приемника. Фактически он должен за-

5

нять пустующую на сегодняшний день нишу высокостабильных терагерцо-вых источников, работающих на частотах нескольких терагерц. В настоящее время остаются актуальными проблемы повышения мощности компактных терагерцовых источников, выявления их оптимальных условий создания. Повышение мощности ТГц ФПА необходимо для улучшения чувствительности, разрешающей способности устройств терагерцового видения.

Благодаря высоким значениям мощности разработанные и изученные терагерцовые устройства станут решением задачи разработки терагерцовой элементной базы и будут соответствовать современному мировому уровню исследований в данной области.

Обзор литературных источников выявил, что несмотря на значительное количество экспериментальных исследований, оптимальные условия отжига ех^йи LT-GaAs по температуре и длительности с целью получения максимальной мощности терагерцового излучения от ТГц ФПА для систем тера-герцовой спектроскопии временного разрешения недостаточно изучены, и есть возможности для ее увеличения. Как следует из литературных данных и собственных экспериментов с аналогичными ТГц ФПА ведущих зарубежных фирм, электрооптический пробой полупроводниковой структуры происходит при не столь высоких напряжениях, поэтому одним из путей увеличения мощности является повышение порогового напряжения смещения. Выявление физических причин, механизмов, обусловливающих повышение порогового напряжения смещения, является новой задачей.

Отсутствуют работы по зависимости мощности ТГц ФПА от концентрации избыточного мышьяка, структуры и шероховатости поверхности в облучаемой фотопроводящей области полупроводника.

В исследованиях по ТГц устройствам, интерпретирующих физические

процессы в полупроводнике, рассматриваются в основном их протекание в

монокристаллической структуре. Новым в предлагаемом диссертационном

исследовании будет описание основных физических эффектов, протекающих

в мощной ТГц ФПА с LT-GaAs в режиме темнового тока и при возбуждении

6

фемтосекундным лазером, на основе комплексного качественного представления зонной структуры в монокристаллическом полупроводнике и зеренной структуры всего полупроводникового материала, изменяющимися с температурой отжига.

Цель диссертационной работы - разработка конструкционно-технологических подходов к увеличению мощности широкополосных источников терагерцового диапазона на основе фотопроводящих антенн (ТГц ФПА) с экспериментально полученными при низкой температуре гетеро-структурами GaAs.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Выбор фотопроводящего материала, типа и геометрии металлических контактов, нанесенных на поверхность полупроводника ТГц ФПА, разработка конструкции терагерцового источника.

2. Исследование вольт- и ваттамперных характеристик, изготовленных ТГц ФПА при разных условиях на основе выращенных при низкой температуре гетероструктуры LT-GaAs/AlGaAs.

3. Выявление влияния температуры роста, отжига, соотношения потоков мышьяка и галлия в методе молекулярно-лучевой эпитаксии на выходную мощность ТГц ФПА.

4. Разработка новых конструкций ТГц ФПА с разными топологиями, увеличивающие ее эффективную рабочую площадь и создающие распределенную планарную емкость для увеличения импульса фототока.

5. Расчет конструкции (топологии) плазмонных металлических наноструктур в составе ТГц ФПА методом моделирования.

6. Разработка технологии изготовления ТГц ФПА с плазмонными металлическими наноструктурами.

Научная новизна диссертации

Экспериментально установлено, что для выращенных при низкой температуре (230 0С) LT-GaAs гетероструктур оптимальная температура постро-

7

стового отжига в диапазоне 670 ^ 680 0С приводит к увеличению мощности излучения ТГц ФПА до 6 раз.

Предложена оригинальная конструкция ТГц ФПА матричного типа со встречно-штыревыми контактами и двухуровневой металлизацией со встроенной распределенной металл-диэлектрик-металл (МДМ) емкостью, обеспечивающей увеличение удельной емкости до 300 раз в сравнении с традиционной структурой с одним уровнем металлизации. Применение встречно-штыревых контактов на выращенной при оптимальных условиях LT-GaAs структуре позволяет увеличить мощность ТГц ФПА (по фототоку в 40 раз).

На основании результатов моделирования и экспериментальной апробации реализованы ТГц ФПА с использованием плазмонных металлических наноструктур в электродном зазоре ТГц ФПА, позволяющие увеличить генерируемую терагерцовую мощность в 6.3 раза, по сравнению с ТГц ФПА без плазмонных наноструктур.

Практическая значимость диссертации

1. Экспериментально реализована ТГц ФПА флажкового типа с превосходящими показателями по мощности терагерцового отклика (5 мкВт / 180 В против 3.3 мкВт / 90 В) в сравнении с аналогами.

2. Разработана и создана уникальная конструкция ТГц ФПА с встречно-штыревыми контактами, образующая конденсатор со встроенной распределенной МДМ емкостью, обеспечивающей увеличение удельной емкости до 300 раз в сравнении с традиционной структурой с одним уровнем металлизации, одновременно обеспечивающая увеличение полезной площади прибора при возбуждении лазерным излучением и увеличение фототока (в 40 раз), а также снижение рабочего напряжения смещения (с 50 В до 2 В) при сохранении высокой напряженности электрического поля.

3. Путем расчетного моделирования и экспериментального исследования установлено, что использование вплавных омических контактов

№Юе/Аи/№/Аи в ТГц ФПА позволило увеличить величину фототока ~ в 2 раза по сравнению с широко используемыми невплавными омическими контактами ^/Аи.

4. Разработан технологический процесс изготовления ТГц ФПА с плаз-монными металлическими наноструктурами с высокой мощностью терагер-цовго отклика (0.24 мкВт при напряжении смещения 25 В).

5. Разработанные ТГц ФПА могут использоваться в роли источников и детекторов терагерцового излучения для построения системы импульсной те-рагерцовой спектроскопии с динамическим диапазоном 65 Дб и спектральной шириной 3 ТГц (не уступающей аналогу компании ООО «Тидекс»).

Положения, выносимые на защиту

1. Методика высокотемпературного отжига LT-GaAs гетероструктур для изготовления ТГц ФПА (670^680 0С с длительностью 6 мин) для увеличения мощности ТГц отклика.

2. Конструкция и технология создания ТГц ФПА с вплавными контактами на основе системы №Юе/Аи/№/Аи с увеличенным фототоком до 2 раз по сравнению с ТГц ФПА с невплавной металлизацией контактов Т/Аи.

3. Технологический маршрут изготовления оригинальной конструкции антенны матричного типа со встречно-штыревыми контактами и использованием двухуровневой металлизации со встроенной распределенной металл-диэлектрик-металл емкостью, приводящей к увеличению фототока в 40 раз при низких напряжениях смещения и малом темновом токе.

4. Оригинальная конструкция ТГц ФПА с плазмонными металлическими наноструктурами из золота, использование которых позволило увеличить фототок более чем в 2 раза, по сравнению с ТГц ФПА без наноструктур, и обеспечивающим увеличение мощности в 6.3 раза в спектральном диапазоне до 1 ТГц.

Достоверность научных результатов и выводов

Для решения поставленных задач использовались современные экспериментальные методы и подходы.

Молекулярно-лучевая эпитаксия для низкотемпературного роста арсе-нида галлия, создающего основу ТГц ФПА. Используемые гетероструктуры были получены методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) в известной лаборатории Института нанотехнологий в электронике, спинтронике и фотонике, в которой выращиваются модулированно-легированные гетерострукту-ры с электрофизическими параметрами, соответствующими мировому уровню.

Для создания ТГц ФПА с одинаковыми плазмонными наноостровками, наностержнями использовалась электронно-лучевая литография. Использовалась программа BEAMER (GenISys, Германия) для распределения доз и получения одинаковых образцов ФПА, при изготовлении также использовался популярный резист РММА 950А4 (Мюго^ет, Япония).

Для характеризации структур использовались общепризнанные прецизионные методы исследования - измерения эффекта Холла и электропроводности, просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ).

Калибровка установки интегральной и спектральной терагерцовой спектроскопии с временным разрешением для определения интегральной мощности терагерцового отклика и спектральных характеристик ТГц ФПА, т. е. определяющей как суммарную, так и частотную зависимость интенсивности излучения, проводилась с использованием тестовых образцов PCA-GAAS-100-В (Zomega, США), РСА-40-05-10-800^ (ВАТОР, Германия), кристалл 7пТе. Осуществлялась юстировка оптического тракта установки на максимальное значение терагерцового сигнала изменением положения держателей по осям х, у.

Моделирование напряженности электрического поля, плазмонных эффектов в междуэлектродном пространстве ТГц ФПА в зависимости от топологических размеров и структурных особенностей LT-GaAs проводилось из-

10

вестным методом конечных элементов; использовались отобранные проверенные литературные данные электрофизических параметров арсенида галлия - подвижность электронов и дырок, время жизни, диэлектрическая проницаемость, показатель преломления, ширина запрещенной зоны и происходило сравнение с имеющимися результатами подобных работ.

Измерение характеристик зеренной структуры и изучение ее влияния на электрофизические характеристики, такие как темновой ток, выходная мощность проводилось методами атомно-силовой микроскопии с применением тестовых образцов TZG1, TGQ1 (NT-MDT, Россия). Использовалась программа Image Analysis (NIH, США) для анализа топологии поверхности, позволяющей определить шероховатость поверхности.

Для обеспечения достоверности результатов рентгеновской дифракции образцов на основе низкотемпературного арсенида галлия использовались эталонные образцы LT-GaAs и а-оксида алюминия для сравнения полученных дифрактограмм.

Повторяемость результатов обеспечивалась использованием серии образцов с малым шагом по условиям изготовления, а также применением современного высокоточного диагностического оборудования. Результаты подтверждались теоретическим моделированием, сопоставлением с данными из литературы и широкой апробацией на международных и российских конференциях. Исследования были опубликованы в рецензируемых журналах.

Личный вклад соискателя

Соискателем выполнен аналитический обзор по теме диссертационного исследования, выбраны состав и толщина слоев гетероструктур на основе низкотемпературных материалов для ТГц ФПА, проведен рост гетерострук-тур методом молекулярно-лучевой эпитаксии, подобраны режимы отжига образцов, проведены измерения вольт-амперных характеристик, выполнена обработка результатов измерений. Личный вклад соискателя состоит в моделировании, разработке и исследовании оптоэлектронных, морфологических

11

свойств ТГц ФПА различного типа: ТГц ФПА с флажковой геометрией контактов, ТГц ФПА с вплавными, ТГц ФПА с встречно-штыревыми контактами, гибридных ТГц ФПА с плазмонными металлическими наноструктурами, в исследовании свойств ТГц ФПА терагерцового излучения, анализе данных и формулировании выводов, связанных с эффективностью источников. Также соискатель внес определяющий вклад в подготовку 8 публикаций по теме диссертационной работы и 1 патента РФ на изобретение.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методов увеличения мощности малогабаритных ТГц излучателей на основе выращенных при низкой температуре гетероструктур А3-As»

Апробация работы

Результаты апробированы на 15-ти международных и российских конференциях: Мокеровские чтения: 8-я, 9-я, 10-я, 12-я, 13-я международные научно-практические конференции по физике и технологии наногетерострук-турной СВЧ-электроники (Москва, Россия, 2017, 2018, 2019, 2021, 2022); Physics, Engineering and Technologies for Biomedicine: The 2nd International Symposium (Москва, Россия, 2017); Workshop LNIO X118 (Труа, Франция, 2017); The 15th International conference of Near-field Optics and Nanophotonics (Труа, Франция, 2018); The 7th International Conference on Material Science (Эренхот, Китай, 2018); VII Международная молодежная научная школа-конференция «Современные проблемы физики и технологий» (Москва, Россия, 2018); III Международная конференция молодых ученых по современным проблемам материалов и конструкций (Улан-Удэ, Россия, 2019); XXVII, XXVIII Всероссийские конференции с международным участием «Высокоэнергетические процессы в механике сплошной среды», посвященные 90-летию со дня рождения Р. И. Солоухина, 100-летию со дня рождения Н. Н. Яненко (Новосибирск, Россия, 2020 и 2021); The 9th International Conference on Materials Science (Улан-Батор, Монголия, 2020); V Российско-белорусский семинар-конференция «Новые наноматериалы и их электромагнитные свойства» (Томск, Россия, 2021).

Реализация результатов работы

Соискатель провел исследования в Центре радиофотоники и СВЧ-технологий НИЯУ МИФИ. Работа была выполнена в рамках грантовой программы Фонда поддержки образования и науки имени члена-корреспондента РАН Мокерова В. Г. «Стипендиат Фонда В. Г. Мокерова».

Автор является финалистом Всероссийского инженерного конкурса для студентов и аспирантов в области нанотехнологий (ВИК.НАНО, 2016).

На основе предложенных в работе режимов электронно-лучевой нано-литографии с критическим размером до 200 нм была разработана методика получения Y-образного затвора НЕМТ транзисторов, применяемая в Центре радиофотоники и СВЧ технологии.

Публикации

Автором опубликовано 8 научных работ, включённых в перечень рекомендованных ВАК и в системе цитирования Web of Science / Scopus, а также 16-ти работ в сборниках трудов конференций и семинаров. Получен патент Российской Федерации на изобретение.

Патенты

Опубликован патент на изобретение: Васильевский, И.С., Виниченко А.Н., Номоев С.А., Каргин Н.И. Способ формирования металлического Y-образного затвора сверхвысокочастотного транзистора // Патент РФ №2729510, опубликовано 07.08.2020.

Структура и объем диссертации

Структура диссертационной работы состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения, благодарностей, списка литературы и приложения, в котором представлены документы, связанные с использованием и внедрением результатов данной работы.

Глава 1

КОМПАКТНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ ТЕРАГЕРЦОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ УСТРОЙСТВ МИКРО-И НАНОЭЛЕКТРОНИКИ

Терагерцовая область электромагнитного спектра охватывает важный частотный диапазон между электроникой и оптикой, т. е. данный частотный интервал занимает часть электромагнитного спектра между инфракрасным и микроволновым диапазонами. Терагерцовое электромагнитное излучение лежит в интервале частот от 100 ГГц до 10 ТГц, т. е. 0.1 • 1012 - 10-1012 Гц (длина волны 3 мм - 30 мкм). До недавнего времени часть терагерцового спектра не использовалась из-за отсутствия источников и приемников когерентного излучения этого диапазона. Вследствие этого терагерцовый участок электромагнитного спектра был назван «терагерцовым провалом».

Источники и детекторы терагерцового излучения являются перспективными компонентами систем высокоскоростной беспроводной связи, медицинской и фармацевтической диагностики, бесконтактного контроля качества материалов и дистанционного обнаружения опасных объектов. Разработка, исследование подобных источников - новое, быстроразвивающееся направление в современной оптоэлектронике.

В настоящее время компактные источники терагерцового излучения являются маломощными (порядка мкВт-мВт) и по принципу действия их можно разделить на две основные группы: 1) источники, использующие электрооптический эффект в фотопроводящих материалах с пикосекундными временами релаксации носителей заряда, например, в полупроводниковых кристаллах; 2) источники на других физических эффектах: квантово-каскадные лазеры на гетероструктуре AlGaAs/GaAs [1], диод Ганна, резонансные туннельные диоды и т. д. [2].

Существует большое разнообразие терагерцовых источников, принцип действия которых основан на электрооптическом эффекте переключения с

фотовозбуждением фемтосекундным лазером, в последние годы разработаны следующие терагерцовые источники: на эффекте Дембера в InAs, InSb [3]; на импульсном фототоке (ключ Остона) [4]; на эффекте нелинейного оптического детектирования 2-го порядка в GaAs, ZnTe [5, 6]; фотосмесители на квантовых ямах [7]; широкополосные графеновые излучатели на эффекте фотонного увлечения (photon-drag), работающие при комнатной температуре [8]; умножители на планарных диодах Шоттки [9].

Однако, как следует из проведенного обзора статей по данной тематике [10-13], в настоящее время остаются актуальными проблемы повышения мощности компактных терагерцовых источников, выявления их оптимальных условий создания. Повышение мощности излучателей необходимо для улучшения чувствительности, разрешающей способности устройств терагер-цового видения.

Выявление оптимальных режимов получения полупроводника методом молекулярно-лучевой эпитаксии, топологии контактов для генерации высокой мощности терагерцового излучения в широкополосных источниках тера-герцового диапазона на основе фотопроводящих антенн (ТГц ФПА) с выращенными при низкой температуре гетероструктур GaAs и исследование влияния отжига данного полупроводника на его электрофизические свойства позволят создать эффективную ТГц ФПА.

1.1. Источники генерации терагерцового излучения: основные физические принципы

Фотопроводящая технология генерации терагерцового излучения имеет много преимуществ по сравнению с другими методами, такие как высокая эффективность преобразования, легкая электрическая модуляция и стабильная работа. Хотя данный метод является одним из наиболее известных, он по-прежнему остается популярным методом генерации терагерцового излучения для многих приложений в спектральном диапазоне от 0.1 до 5 ТГц;

15

например, для идентификации взрывчатых веществ, визуализации твердых неметаллических предметов в терагерцовом диапазоне и т. д. [14-17]. Эти применения терагерцового излучения требуют более высокой терагерцовой мощности для лучшего отношения сигнал/шум и более быстрого времени сбора данных. Поэтому повышение эффективности ТГц ФПА постоянно находится в центре внимания исследователей в данной области.

Большим прорывом стали ТГц ФПА с большой площадью электродов и малыми, субмикронными междуэлектродными расстояниями, основанные на встречно-штыревой структуре электродов [18]. ТГц ФПА с большой площадью электродов позволяет излучателю не только получать накачку импульсами с более высокой энергией без перенасыщения, но и увеличивает свободное пространство для взаимодействия терагерцового сигнала, испускаемого с фотопроводящей подложки. Кроме того, это уменьшает необходимость использования терагерцовой линзы. Благодаря этим преимуществам ТГц ФПА с большой площадью электродов превосходят обычные ТГц ФПА, использующие одиночные излучатели. Электрические терагерцовые поля вплоть до 36 кВ/см были получены с помощью ТГц ФПА с большой площадью, что по-прежнему является максимальным электрическим полем, зарегистрированным от любого ТГц ФПА [18, 19].

В последнее время были достигнуты значительные улучшения в ТГц ФПА на основе наноструктур [20-25], но их внедрение в ТГц ФПА с большой площадью электродов довольно сложно из-за ограничений на изготовление. Необходимо повысить эффективность ТГц ФПА с большой площадью электродов, не усложняя технологии изготовления, и это станет настоящим улучшением в современном уровне техники, поскольку ТГц ФПА с большой площадью электродов фактически передний край научных исследований в области фотопроводящих источников. Типичная конструкция электродов ТГц ФПА со встречными штыревыми контактами представлена в [18]. В этой конструкции только 25% света накачки падает на активную зону устройства,

оставшиеся 75% света накачки, попадают на электроды, области, покрытые

16

металлом. Чтобы избежать потери света накачки, использовались массивы микролинз [26]. Но такой подход требует тщательного выравнивания микролинз и увеличивает стоимость антенны и снижает надежность. Поэтому перспективное направление для увеличения мощности, КПД и чувствительности ТГц ФПА - это применение встречно штыревых контактов.

ТГц ФПА представляет собой оптоэлектронный ключ (ключ Астона) [27] и конструктивно состоит из полупроводниковой подложки с нанесенными на нее проводящими дорожками с выступами определенной формы (рис. 1.1).

Принцип работы ТГц ФПА заключается в том, что, когда фемтосекунд-ный лазерный импульс (который имеет энергию больше, чем энергия запрещенной зоны полупроводника) фокусируется на поверхность ТГц ФПА между электродами, происходит фотогенерация носителей заряда (электронов и дырок). В режиме излучателя на электроды подается напряжения смещения, которое создает электрическое поле и ускоряет носители заряда в течение оптического импульса. Это приводит к образованию диполей, излучающих электромагнитную волну в терагерцовой области.

Терагерцовое излучение создается в результате изменения дипольного момента колеблющихся зарядов между контактами антенны, куда попадает излучение фемтосекундного лазера. Далее изменение дипольного момента создает изменяющееся электрическое поле терагерцовой частоты.

Рис. 1.1. Принципиальная схема фотопроводящего переключателя и импульсного излучения ТГц ФПА, возбуждаемой фемтосекундным лазерным импульсом

Для описания динамики носителей в терагерцовой антенне мы используем простую одномерную модель Друде-Лоренца. Напряженность электрического поля терагерцового излучения (Ещг) пропорциональна производной по времени от плотности фототока 1рс:

(1.1).

Плотность фототока зависит от концентрации п и скорости свободных носителей V (если пренебречь током, вызванным движением дырок, из-за значительной разницы их эффективных масс) в ТГц ФПА как:

Зрс (0 = -€ • и(0 • v(t) (1.2),

где п(1;) плотность свободных носителей и V является скоростью носителей, усредненная по распределению носителей.

Для простоты пренебрегаем вкладом дырок, которые имеют гораздо меньшую подвижность. Модель транспорта носителей на основе набора кинетических уравнений может быть записана для слоев низкотемпературного арсенида галлия (LT-GaAs), а также для GaAs подложки. Эта модель базируется на дифференциальных уравнениях, связывающих концентрацию и скорость носителей, а также поляризацию, обусловленную разделением носителей заряда под действием электрического поля ^с):

йп(Х) п(?)

dt

■ + G(t) (1.3),

dv(t) =_ v(t) + £_ _ E

11 local

dt Ts m (1.4),

P

E = E--sc— (л

local bias 11...'),

S-Q

dP P

-t = T + Jc (t)

dt Tr (1.6),

где G - скорость фотогенерации, Elocal - локальное электрическое поле, Tc -время жизни свободного электрона (временем жизни носителей можно управлять подбором режимов роста и отжига, для LT-GaAs, содержащих раз-

личные избыточные концентрации мышьяка, которые принимают значения в интервале 0.1-5 пс), а Тя - время релаксации импульса (время рассеяния, равная 30 фс в LT-GaAs), тг - время рекомбинации, е - диэлектрическая проницаемость, £ - геометрический фактор, Еыая - электрическое смещение между электродами [28].

Для эффективной работы ТГц ФПА необходимо выполнение условия тя <<Т1 <<Тс, где Т1 - длительность лазерного импульса.

Численное решение этих уравнений позволяет найти 1рс(:) и ЕтнгОО. Итоговое поле терагерцового излучения определяется динамикой носителей заряда:

^ = + (1.7).

Чтобы увеличить мощность терагерцового излучения, необходимо увеличивать приложенное напряжение и оптическую мощность лазера. На практике эти параметры ограничены из-за насыщения: увеличение концентрации носителей приводит к усилению экранирования внешнего поля, увеличение напряжения приводит к разогреву и, следовательно, к снижению подвижности, а также к пробою полупроводника или воздуха вблизи электродов. В связи с этим для повышения эффективности оптического преобразования наряду с увеличением входной оптической мощности и напряжения, необходимо выбрать полупроводниковый материал для ТГц ФПА с оптимальными параметрами, а также геометрию и топологию электродов.

Далее будут рассмотрены физические принципы генерации терагерцово-го излучения за счет линейных (по интенсивности лазерного излучения) эффектов в полупроводниках. Данные способы генерации терагерцового излучения не требуют лазерных импульсов большой мощности, поэтому получили развитие в самом начале использования фемтосекундных лазеров.

Полуизолирующий арсенид галлия например, легированный

хромом, также применяется вместо эпитаксиального слоя LT-GaAs [29]. Однако ТГц ФПА на основе SI-GaAs имеют более низкое пробивное напряже-

ние и более высокий темновой ток в сравнении с LT-GaAs. Кроме того, из-за его большого темнового тока ТГц ФПА SI-GaAs обычно не используются [30] в качестве детекторов терагерцовых волн, в отличие от ТГц ФПА LT-GaAs, которые могут применяться как в качестве источников, так и детекторов. Подвижность носителей LT-GaAs почти такая же большая, как и у SI-GaAs, а его время жизни носителей - на два порядка меньше [31]. По сравнению с полуизолирующим GaAs (SI-GaAs), выращенным при низких температурах, GaAs (LT-GaAs) является более подходящим материалом для ТГц

Когда лазерный триггер и экспериментальная среда остаются неизменными, основным фактором, который влияет на стабильность антенны, является ее рабочая температура. Когда ТГц ФПА работает, температура возрастает в результате нагрева лазера и тока, что приводит к изменению свойств материала антенны, а именно выходной мощности терагерцовых волн.

В статье [31] сравнивали стабильность ТГц ФПА LT-GaAs и SI-GaAs, при напряжении смещения 170 В в течение 90 минут. Их терагерцовое изменение амплитуды со временем показано на рисунке 1.2.

ФПА.

2.8

ф

=5

Ч 2.7

-•- LT-GaAs

2.6Js

о.

— SI-GaAs

А

\

N

1.6

О 20 40 60 80 100

time (min)

Рис. 1.2. Стабильность ТГц ФПА LT-GaAs и Si-GaAs [31]

В первые 20 минут обе антенны были нестабильны, и терагерцовая амплитуда ТГц ФПА LT-GaAs антенны немного увеличилась, но амплитуда ТГц ФПА SI-GaAs незначительно снизилась. В LT-GaAs, AsGa дефекты были сформированы в процессе изготовления, но не все из них были ионизированы при комнатной температуре, поэтому дефекты стали ионизироваться с повышением температуры, что привело к увеличению подвижности и концентрации носителей [32]. В соответствии с режимом импульсного тока амплитуда ТГц ФПА LT-GaAs была увеличена. В ТГц ФПА SI-GaAs почти все дефекты были ионизированы при комнатной температуре, а решетка рассеяния играет ведущую роль, так что подвижность уменьшилась с ростом температуры, что привело к уменьшению терагерцовой амплитуды при более высокой температуре.

После первых 20 минут обе ТГц ФПА достигли теплового равновесия и их показания стали стабильными. От 20 до 90 минут, в среднем амплитуда ТГц ФПА LT-GaAs была равна 2.7 (о.е.), его стандартное отклонение 0.02 (о.е.), а относительная погрешность составляет 0.7%; для ТГц ФПА SI-GaAs средняя амплитуда ТГц 1.7 (о.е), стандартное отклонение составляет 0.03 (о.е.), а относительная погрешность - 1.8%. Стабильность LT-GaAs, очевидно лучше, чем у ТГц ФПА SI-GaAs. Причина стабильности интенсивности терагерцового излучения LT-GaAs в том, что удельное сопротивление SI-GaAs на порядок меньше, чем у LT-GaAs, поэтому рабочая температура ТГц ФПА SI-GaAs выше, чем ТГц ФПА LT-GaAs при тех же экспериментальных условиях. При изменении температуры окружающей среды или воздушных потоков температура колебания ТГц ФПА SI-GaAs (полуизолирующий) больше, что приводит к изменению подвижности и сопротивления, а затем вызывает терагерцовую амплитуду, колеблющуюся сильнее.

1.1.1. Генерация терагерцового излучения на основе явления Дембера

Эффект, связанный с действием внутреннего поля в приповерхностном слое полупроводника, доминирует в полупроводниках с широкой запрещенной зоной, например, 1пР. В полупроводниках с узкой запрещенной зоной (<0,4 эВ) таких, как InAs и InSb, величина приповерхностного поля слишком мала, а энергия фотоиндуцированных носителей заряда велика, что приводит к преобладанию эффекта Дембера.

Когда фемтосекундный оптический импульс поглощается поверхностным слоем полупроводника, создаются электронно-дырочные пары. Подвижность электронов больше, чем у дырок, поэтому они перемещаются глубже в полупроводник. Средняя длина диффузии электронов также больше, чем у дырок, что приводит к временному пространственному разделению зарядов в поверхностном слое и электромагнитному полю, которое может преобразовываться в свободно распространяющееся излучение. Этот диполь, генерируемый движением электронов, создает терагерцовый импульс, длительность и спектр которого определяются подвижностью носителей заряда и скоростью рекомбинации электронов и дырок [33, 34].

Носители заряда диффундируют вглубь материала со скоростью

где г - направление вглубь от границы, В - коэффициент диффузии, подчиняющийся соотношению Эйнштейна

дЫ „ д2 N

— = В---

ы &2

(1.8),

В = к-Б-Т -^

(1.9).

1.1.2. Генерация терагерцового излучения по принципу эффекта Кикоина - Носкова

Фотомагнитоэлектрический эффект, также известный как эффект Кикоина - Носкова, представляет собой генерацию электрического поля в полупроводнике, который освещается сильно поглощаемым светом при воздействии магнитного поля.

Когда частота света, падающего на полупроводник, совпадает с частотой его поглощения

8 = Ь-Ф (1.10)

(ширина запрещённой зоны полупроводника), в тонком поверхностном слое создается большое количество электронов и дырок, что приводит к градиенту их концентрации и диффузионному потоку носителей в направлении падающего света. Если магнитное поле приложено вдоль оси z, а световой луч и диффузионный поток вдоль оси у, магнитное поле заставит электроны и дырки двигаться в разных направлениях, что приведет к разделению зарядов в направлении х. Если концы образца замкнуты, то в цепи будет протекать ток Ух, а если разомкнуты, то будет генерироваться фотоэдс.

В слабых магнитных полях (^ Н << 1, где ц - подвижность носителей

заряда) плотность тока

^ Н , ч йп

где О - коэффициент амбиполярной диффузии носителей заряда, п - концентрация неравновесных носителей заряда.

1.1.3. Генерация терагерцового излучения с использованием эффекта встроенного электрического поля

Как известно, вследствие резкого перехода между поверхностью полупроводника и воздуха возникают поверхностные состояния, локализованные непосредственно у поверхности и играющие роль ловушек электронов и дырок. Наличие таких ловушек приводит к тому, что свободные электроны и дырки скапливаются у поверхности, образуя поверхностный электростатический заряд. Так, в частности, в полупроводнике п-типа захват свободных электронов в поверхностных ловушках приводит к образованию отрицательного поверхностного заряда и равного ему по величине положительного объемного заряда, связанного с некомпенсированными донорами. С этим зарядом связано обычно сильное (~105 В/см) электрическое поле, проникающее на некоторую глубину в объем полупроводника. Это поле будет отталкивать электроны вглубь кристалла, и соответственно создается приповерхностный потенциальный барьер, затрудняющий движение электронов по направлению к поверхности. На энергетической диаграмме (рис. 1.3а) это отображается в виде соответствующего изгиба зон. Вследствие этого концентрация электронов в приповерхностном слое уменьшается, что приводит к образованию обедненного электронами слоя, ширина которого зависит от концентрации легирующей примеси и высоты барьера. Действие «внутреннего» поля в этом слое аналогично действию внешнего приложенного поля в ТГц ФПА. Когда на поверхность полупроводника падает лазерный импульс, то генерируемые носители ускоряются приповерхностным полем: электроны в глубину кристалла, дырки - к поверхности. Возникающий в результате этого переменный фототок становится источником терагерцового излучения [34].

Рис. 1.3. Терагерцовая генерация с поверхности полупроводника, обусловленная действием внутреннего поля в приповерхностном обедненном слое полупроводника: а - энергетическая диаграмма в области приповерхностного слоя полупроводника п-типа; б - тера-герцовые импульсы с обратной полярностью [34].

Характерным признаком данного механизма терагерцовой генерации является то, что излучаемые терагерцовые импульсы меняют свою полярность на противоположную в зависимости от того, используется ли полупроводник п или p-типа (рис. 1.36) [34]. Это связано с тем, что в случае полупроводника p-типа у поверхности будут скапливаться преимущественно дырки, и поверхностный заряд будет положительным. В этом случае будет наблюдаться обратная картина той, которая показана на рисунке 1.3а. То есть изгиб энергетических зон будет направлен вниз, внутренне поле будет направлять электроны к поверхности, а дырки - в глубину кристалла. Поэтому фототок будет также направлен в противоположную сторону.

1.1.4. Квантово-каскадный лазер

Терагерцовый квантово-каскадный лазер (ТГц ККЛ), униполярный полупроводниковый лазер, в котором генерация излучения возникает в процессе последовательного туннелирования электронов из одной ячейки многослойной полупроводниковой структуры в соседнюю с одновременным испусканием кванта света. Идею такого лазера впервые сформулировали рос-

сийские физики Р. Ф. Казаринов и Р. А. Сурис в 1971 году. Квантовый каскадный лазер успешно реализован в 1994 году группой исследователей во главе с Ф. Капассо [35].

Эти источники обладают несколькими преимуществами по сравнению с традиционными терагерцовыми источниками, такими как высокая выходная мощность, компактный размер и простота интеграции с электронными системами. Кроме того, ТГц ККЛ имеют возможности перестройки длины волны, что делает их полезными для спектроскопических приложений и визуализации. По сравнению с другими терагерцовыми источниками ТГц ККЛ обеспечивают более быстрый сбор данных, высокое спектральное разрешение и возможность выполнять измерения в реальном времени. Они также имеют преимущество в том, что они более эффективны, компактны и стабильны. Однако у них есть некоторые ограничения, такие как высокая стоимость, ограниченный срок службы и необходимость криогенного охлаждения, что может препятствовать их широкому внедрению в некоторых приложениях.

Многослойная полупроводниковая структура квантового каскадного лазера представляет собой полупроводниковую сверхрешётку - последовательность квантовых ям, разделённых потенциальными барьерами. Особенность квантового каскадного лазера состоит в том, что длина волны испускаемого ими излучения определяется не шириной запрещённой зоны в активной области, как в обычном инжекционном лазере, а геометрическими параметрами сверхрешёток - толщиной потенциальных барьеров и шириной квантовых ям. Это определяет диапазон генерируемого излучения - от среднего и дальнего инфракрасного до терагерцового. Другое важное отличие квантового каскадного лазера от инжекционных лазеров - использование носителей заряда лишь одного знака - или электронов, или дырок.

Принцип работы ТГц ККЛ основан на межподзонном переходе электронов в структуре с множественными квантовыми ямами (МКЯ). Структура

МКЯ состоит из чередующихся слоев различных материалов, таких как 1п-GaAs и AlGaAs.

Электроны ограничены слоями МКЯ и могут занимать только определенные энергетические уровни или подзоны внутри структуры. Когда на ТГц ККЛ подается напряжение, электроны возбуждаются из подзон с более низкой энергией в подзоны с более высокой энергией, высвобождая при этом фотоны. Этот процесс известен как межподзонный переход и является основой для работы ТГц ККЛ. В ТГц ККЛ межподзонный переход достигается за счет использования каскада межподзонных переходов, отсюда и название «квантовый каскад». Это позволяет генерировать свет в терагерцовом диапазоне частот и позволяет лазеру производить высоко монохроматическое и когерентное излучение.

Квантово-каскадный лазер работает следующим образом: когда к сверхрешетке прикладывается электрическое поле, электроны начинают туннели-ровать из одной квантовой ямы в другую (рис. 1.4). Электрон с более низким энергетическим уровнем, находящийся в квантовой яме п, туннелирует на возбужденный энергетический уровень 2 в квантовой яме п + 1 и испускает фотон. Если скорость релаксации электронов с уровня 2 на уровень 1 в каждой квантовой яме выше, чем скорость туннельных переходов между ямами, то заселенность уровня 1 во всех квантовых ямах будет превосходить заселенность уровня 2. В этом сценарии вероятность возникновения вышеуказанного процесса превышает вероятность обратного процесса, который представляет собой туннелирование из состояния 2 ямы п + 1 в состояние 1 ямы п с поглощением фотонов. В результате происходит инверсия населенностей между состояниями (1, п) и (2, п + 1), позволяющая генерировать излучение с энергией фотонов, равной разности энергий между основным уровнем 1 ямы п и возбужденным уровнем 2 ямы п + 1. В условиях генерации излучения каждый электрон совершает серию переходов между соседними ямами, что сопровождается стимулирующим излучением фотонов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Номоев Сергей Андреевич, 2023 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Köhler, R., Tredicucci, A., Beltram, F., Beere, H. E., Linfield, E. H., Davies, A. G., ... & Rossi, F. (2002). Terahertz semiconductor-heterostructure laser. Nature, 417, 156-159.

2. Lewis, R. A. (2014). A review of terahertz sources. Journal of Physics D: Applied Physics, 47(37), 374001.

3. Reklaitis, A. (2011). Crossover between surface field and photo-Dember effect induced terahertz emission. Journal of Applied Physics, 109, 083108.

4. Suen, J. Y., Li, W., Taylor, Z. D., & Brown, E. R. (2010). Characterization and modeling of a terahertz photoconductive switch. Applied Physics Letters, 96, 141103.

5. Li, D., & Ma, G. (2008). Pump-wavelength dependence of terahertz radiation via optical rectification in (110)-oriented ZnTe crystal. Journal of Applied Physics, 103(12), 123101.

6. Urbanowicz, A., Krotkus, A., Adomavicius, R., & Malevich, V. L. (2007). Terahertz emission from femtosecond laser excited Ge surfaces due to the electrical field-induced optical rectification. Physica B: Condensed Matter, 398, 98-101.

7. Preu, S., Döhler, G. H., Malzer, S., Wang, L. J., & Gossard, A. C. (2011). Tunable, continuous-wave Terahertz photomixer sources and applications. Journal of Applied Physics, 109, 061301.

8. Maysonnave, J., Huppert, S., Wang, F., Maero, S., Berger, C., de Heer, W.,

... & Ferreira, R. (2014). Terahertz generation by dynamical photon drag effect in graphene excited by femtosecond optical pulses. Nano Letters, 14(10), 5797-5802.

9. Bozhkov, V. G. (2003). Semiconductor detectors, mixers, and frequency multipliers for the terahertz band. Radiophysics and quantum electronics, 46, 631-656.

10. Tonouchi, M. (2007). Cutting-edge terahertz technology. Nature Photon, 1, 97-105.

11. Buryakov, A. M., Ivanov, M. S., Nomoev, S. A., Khusyainov, D. I., Mishi-na, E. D., Khomchenko, V. A., ... & Paixao, J. A. (2020). An advanced approach to control the electro-optical properties of LT-GaAs-based terahertz photoconductive antenna. Materials Research Bulletin, 122, 110688.

12. Zhong, K., Shi, W., Xu, D. et al. (2017). Optically pumped terahertz sources. Sci. China Technol. Sci. 60, 1801-1818.

13. Davies, A. G., Linfield, E. H., & Johnston, M. B. (2002). The development of terahertz sources and their applications. Physics in Medicine & Biology, 47(21), 3679.

14. Crowe, T. W., Globus, T., Woolard, D. L., & Hesler, J. L. (2004). Terahertz sources and detectors and their application to biological sensing. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 362(1815), 365-377.

15. Yin, X. X., Baghai-Wadji, A., & Zhang, Y. (2022). A biomedical perspective in terahertz nano-communications—A review. IEEE Sensors Journal.

16. Castro-Camus, E., Koch, M., & Mittleman, D. M. (2022). Recent advances in terahertz imaging: 1999 to 2021. Applied Physics B, 128(1), 12.

17. Gezimati, M., & Singh, G. (2023). Advances in terahertz technology for cancer detection applications. Optical and Quantum Electronics, 55(2), 151.

18. Dreyhaupt, A., Winnerl, S., Dekorsy, T., & Helm, M. (2005). High-intensity terahertz radiation from a microstructured large-area photoconduc-tor. Applied Physics Letters, 86(12), 121114.

19. Beck, M., Schäfer, H., Klatt, G., Demsar, J., Winnerl, S., Helm, M., & Dekorsy, T. (2010). Impulsive terahertz radiation with high electric fields from an amplifier-driven large-area photoconductive antenna. Optics Express, 18(9), 9251-9257.

20. Lavrukhin, D. V., Galiev, R. R., Pavlov, A. Y., Yachmenev, A. E., May-

tama, M. V., Glinskiy, I. A., ... & Ponomarev, D. S. (2019). Plasmonic pho-

148

toconductive antennas for terahertz pulsed spectroscopy and imaging systems. Optics and Spectroscopy, 126, 580-586.

21. Jooshesh, A., Bahrami-Yekta, V., Zhang, J., Tiedje, T., Darcie, T. E., & Gordon, R. (2015). Plasmon-enhanced below bandgap photoconductive terahertz generation and detection. Nano letters, 15(12), 8306-8310.

22. Park, S. G., Jin, K. H., Yi, M., Ye, J. C., Ahn, J., & Jeong, K. H. (2012). Enhancement of terahertz pulse emission by optical nanoantenna. ACS nano, 6(3), 2026-2031.

23. Winnerl, S. (2012). Scalable microstructured photoconductive terahertz emitters. Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves, 33, 431-454.

24. Jarrahi, M. (2015). Advanced photoconductive terahertz optoelectronics based on nano-antennas and nano-plasmonic light concentrators. IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology, 5(3), 391-397.

25. Burford, N. M., & El-Shenawee, M. O. (2017). Review of terahertz photoconductive antenna technology. Optical Engineering, 56(1), 010901-010901.

26. Matthäus, G., Nolte, S., Hohmuth, R., Voitsch, M., Richter, W., Pradarutti, B., ... & Tünnermann, A. (2008). Microlens coupled interdigital photoconductive switch. Applied Physics Letters, 93(9), 091110.

27. Auston, D. H., & Smith, P. R. (1983). Generation and detection of millimeter waves by picosecond photoconductivity. Applied Physics Letters, 43(7), 631-633.

28. Саркисов, С. Ю., Сафиуллин, Ф. Д., Скакунов, М. С., Толбанов, О. П., Тяжев, А. В., Назаров, М. М., & Шкуринов, А. П. (2012). Дипольные антенны на основе SI-GaAs: Cr для генерации и детектирования терагерцового излучения. Известия высших учебных заведений, 55(8).

29. Grischkowsky, D., Keiding, S., Van Exter, M., & Fattinger, C. (1990). Far-infrared time-domain spectroscopy with terahertz beams of dielectrics and semiconductors. JOSA B, 7(10), 2006-2015.

30. Kasai, S., Watanabe, M., & Ouchi, T. (2007). "Improved terahertz wave intensity in photoconductive antennas formed of annealed low-temperature grown GaAs". Japanese Journal of Applied Physics, 46(7R), 4163.

31. Hou, L., & Shi, W. (2013). An LT-GaAs terahertz photoconductive antenna with high emission power, low noise, and good stability. IEEE Transactions on Electron Devices, 60(5), 1619-1624.

32. Warren, A. C., Woodall, J. M., Kirchner, P. D., Yin, X., Pollak, F., Mel-loch, M. R., ... & Mahalingam, K. (1992). Role of excess As in low-temperature-grown GaAs. Physical Review B, 46(8), 4617.

33. Klatt, G., Hilser, F., Qiao, W., Beck, M., Gebs, R., Bartels, A., ... & Dekorsy, T. (2010). Terahertz emission from lateral photo-Dember currents. Optics express, 18(5), 4939-4947.

34. Gu, P., Tani, M., Kono, S., Sakai, K., & Zhang, X. C. (2002). Study of terahertz radiation from InAs and InSb. Journal of Applied Physics, 91(9), 5533-5537.

35. Казаринов, Р. Ф., & Сурис, Р. (1971). О электромагнитных свойствах полупроводников со сверхрешеткой. Физика и техника полупроводников, 5, 797-800.

36. Kaminska, M., Liliental-Weber, Z., Weber, E. R., George, T., Kortright, J. B., Smith, F. W., Tsaur, B-Y., & Calawa, A. R. (1989). Structural properties of As-rich GaAs grown by molecular beam epitaxy at low temperatures. Applied Physics Letters, 54(19), 1881-1883.

37. Liu, X., et al. (1994). Mechanism responsible for the semi-insulating properties of low-temperature-grown GaAs. Applied Physics Letters, 65(23), 3002-3004. doi: 10.1063/1.112490

38. Wu, Q., & Zhang, X. C. (1995). Free-space electro-optic sampling of terahertz beams. Applied Physics Letters, 67(24), 3523-3525.

39. Tani, M., Matsuura, S., Sakai, K., & Nakashima, S. I. (1997). Emission characteristics of photoconductive antennas based on low-temperature-

grown GaAs and semi-insulating GaAs. Applied optics, 36(30), 7853-7859.

150

40. Jooshesh, A., Bahrami-Yekta, V., Zhang, J., Tiedje, T., Darcie, T. E., & Gordon, R. (2015). Plasmon-enhanced below bandgap photoconductive terahertz generation and detection. Nano letters, 15(12), 8306-8310.

41. Suzuki, M., Tonouchi, M., Kamakura, M., Kadoya, Y., Yoshimura, M., Takagi, M., ... & Sasaki, T. (2006, September). Annealing temperature dependence of terahertz wave detection by low-temperature-grown-GaAs-based photoconductive antennas gated by 1560 nm optical pulses. In 2006 Joint 31st International Conference on Infrared Millimeter Waves and 14th International Conference on Teraherz Electronics (pp. 429-429). IEEE.

42. Gupta, S., Frankel, M. Y., Valdmanis, J. A., Whitaker, J. F., Mourou, G. A., Smith, F. W., & Calawa, A. R. (1991). Subpicosecond carrier lifetime in GaAs grown by molecular beam epitaxy at low temperatures. Applied Physics Letters, 59(25), 3276-3278.

43. Smith, F. W., Le, H. Q., Frankel, M., Diadiuk, V., Hollis, M. A., Dykaar, D. R., ... & Calawa, A. R. (1989, March). Picosecond GaAs-based photocon-ductive optoelectronic detectors. In Picosecond Electronics and Optoelectronics (p. OSDA176). Optica Publishing Group.

44. Gupta, S., Whitaker, J. F., & Mourou, G. A. (1992). Ultrafast carrier dynamics in III-V semiconductors grown by molecular-beam epitaxy at very low substrate temperatures. IEEE Journal of Quantum Electronics, 28(10), 2464-2472.

45. McIntosh, K. A., Nichols, K. B., Verghese, S., & Brown, E. R. (1997). Investigation of ultrashort photocarrier relaxation times in low-temperature-grown GaAs. Applied physics letters, 70(3), 354-356.

46. Lochtefeld, A. J., Melloch, M. R., Chang, J. C. P., & Harmon, E. S. (1996). The role of point defects and arsenic precipitates in carrier trapping and recombination in low-temperature grown GaAs. Applied physics letters, 69(10), 1465-1467.

47. Harmon, E. S., Melloch, M. R., Woodall, J. M., Nolte, D. D., Otsuka, N., & Chang, C. L. (1993). Carrier lifetime versus anneal in low temperature growth GaAs. Applied physics letters, 63(16), 2248-2250.

48. Grischkowsky, D., Keiding, S., Van Exter, M., & Fattinger, C. (1990). Far-infrared time-domain spectroscopy with terahertz beams of dielectrics and semiconductors. JOSA B, 7(10), 2006-2015.

49. Hou, L., & Shi, W. (2013). An LT-GaAs terahertz photoconductive antenna with high emission power, low noise, and good stability. IEEE Transactions on Electron Devices, 60(5), 1619-1624.

50. Liu, T. A., Tani, M., Nakajima, M., Hangyo, M., & Pan, C. L. (2003). Ul-trabroadband terahertz field detection by photoconductive antennas based on multi-energy arsenic-ion-implanted GaAs and semi-insulating GaAs. Applied physics letters, 83(7), 1322-1324.

51. Heshmat, B., Masnadi-Shirazi, M., Lewis, R. B., Zhang, J., Tiedje, T., Gordon, R., & Darcie, T. E. (2013). Enhanced Terahertz Bandwidth and Power from GaAsBi-based Sources. Advanced Optical Materials, 1(10), 714-719.

52. Warren, A. C., Katzenellenbogen, N., Grischkowsky, D., Woodall, J. M., Melloch, M. R., & Otsuka, N. (1991). Subpicosecond, freely propagating electromagnetic pulse generation and detection using GaAs: As epi-layers. Applied physics letters, 58(14), 1512-1514.

53. Mcintosh, K. A., Brown, E. R., Nichols, K. B., McMahon, O. B., DiNatale, W. F., & Lyszczarz, T. M. (1995). Terahertz photomixing with diode lasers in low-temperature-grown GaAs. Applied Physics Letters, 67(26), 38443846.

54. Brown, E. R. (1999). A photoconductive model for superior GaAs THz photomixers. Applied physics letters, 75(6), 769-771.

55. Frankel, M. Y., Whitaker, J. F., Mourou, G. A., Smith, F. W., & Calawa, A. R. (1990). High-voltage picosecond photoconductor switch based on low-temperature-grown GaAs. IEEE transactions on electron devices, 37(12), 2493-2498.

56. Lepeshov, S., Gorodetsky, A., Krasnok, A., Rafailov, E., & Belov, P. (2017). Enhancement of terahertz photoconductive antenna operation by optical nanoantenna's (Laser Photonics Rev. 11 (1)/2017). Laser & Photonics Reviews, 11(1), 1770001.

57. Jepsen, P. U., Jacobsen, R. H., & Keiding, S. R. (1996). Generation and detection of terahertz pulses from biased semiconductor antennas. JOSA B, 13(11), 2424-2436.

58. Tani, M., Matsuura, S., Sakai, K., & Nakashima, S.-i. (1997). Emission characteristics of photoconductive antennas based on low-temperature-grown GaAs and semi-insulating GaAs. Applied Optics, 36, 7853-7859.

59. Castro-Camus, E., Lloyd-Hughes, J., & Johnston, M. (2005). Three-dimensional carrier-dynamics simulation of terahertz emission from photo-conductive switches. Physical Review B, 71, 195301.

60. Gregory, I. S., Baker, C., Tribe, W. R., Bradley, I. V., Evans, M. J., Lin-field, E. H., Davies, A. G., & Missous, M. (2005). Optimization of photomixers and antennas for continuous-wave terahertz emission. IEEE Journal of Quantum Electronics, 41, 717-728.

61. Kominami, M., Pozar, D., & Schaubert, D. (1985). Dipole and slot elements and arrays on semi-infinite substrates. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 33, 600-607.

62. Duffy, S. M., Verghese, S., McIntosh, A., Jackson, A., Gossard, A. C., & Matsuura, S. (2001). Accurate modeling of dual dipole and slot elements used with photomixers for coherent terahertz output power. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 49, 1032-1038.

63. Heshmat, B., Pahlevaninezhad, H., Pang, Y., Masnadi-Shirazi, M., Lewis, R. Burton, Tiedje, T., Gordon, R., & Darcie, T. E. (2012). Nanoplasmonic terahertz photoconductive switch on GaAs. Nano Letters, 12, 6255-6259.

64. Khiabani, N., Huang, Y., Garcia-Munoz, L. E., Shen, Y.-C., & Rivera-Lavado, A. (2014). A novel sub-THz photomixer with nano-trapezoidal

electrodes. IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology, 4, 501508.

65. Gric, T., et al. (2018). Tunable plasmonic properties and absorption enhancement in terahertz photoconductive antenna based on optimized plasmonic nanostructures. Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves, 39, 1028-1038.

66. Jooshesh, A., et al. (2014). Nanoplasmonics enhanced terahertz sources. Optics Express, 22(23), 27992.

67. Berry, C. W., et al. (2014). High-power terahertz generation using 1550 nm plasmonic photomixers. Applied Physics Letters, 105(1), 011121.

68. Yardimci, N. T., Lu, H., & Jarrahi, M. (2016). High power telecommunication-compatible photoconductive terahertz emitters based on plasmonic nano-antenna arrays. Applied Physics Letters, 109(19), 191103.

69. Berry, C.W., & Jarrahi, M. (2012). Terahertz generation using plasmonic photoconductive gratings. New Journal of Physics, 14(10), 105029.

70. Heshmat, B., et al. (2012). Nanoplasmonic Terahertz Photoconductive Switch on GaAs. Nano Letters, 12(12), 6255-6259.

71. Lavrukhin, D.V., et al. (2019). Terahertz photoconductive emitter with dielectric-embedded high-aspect ratio plasmonic grating for operation with low-power optical pumps. AIP Advances, 9(1), 015112.

72. Anvari, R., & Soofi, H. (2020). Enhancement of photocurrent in THz photoconductive antenna by a gold nanorod array. Optik, 207, 163827.

73. Bashirpour, M., Poursafar, J., Kolahdouz, M., Hajari, M., Forouzmehr, M., Neshat, M., Hajihoseini, H., Fathipour, M., Kolahdouz, Z., & Zhang, G. (2019). Terahertz radiation enhancement in dipole photoconductive antenna on LT-GaAs using a gold plasmonic nanodisk array. Optics and Laser Technology, 120, 105726.

74. Nomoev, S.A., Vasil'evskii, I.S., Vinichenko, A.N., et al. (2018). The influence of the annealing regime on the properties of terahertz antennas based

on low-temperature-grown gallium arsenide. Technical Physics Letters, 44, 44-46.

75. Buryakov, A.M., Ivanov, M.S., Khusyainov, D.I., Gorbatova, A.V., Bilyk, V.R., Klimov, E.A., Galiev, G.B., Vilarinho, P.M., & Mishina, E.D. (2021). Effects of crystallographic orientation of GaAs substrate and the period of plasmon grid on THz antenna performance. Annalen der Physik, 533, 2100041.

76. Горбацевич, А. А., Егоркин, В. И., Казаков, И. П., Клименко, О. А., Клоков, А. Ю., Митягин, Ю. А., ... & Цветков, В. А. (2015). Исследование динамических характеристик" низкотемпературного" арсенида галлия для генераторов и детекторов терагерцового диапазона. Краткие сообщения по физике Физического института им. ПН Лебедева Российской Академии Наук, 42(5), 3-11.

77. Roehle, H., Dietz, R. J. B., Hensel, H., Böttcher, J., Künzel, H., Stanze, D., ... & Sartorius, B. (2010). Next generation 1.5 ^m terahertz antennas: mesa-structuring of InGaAs/InAlAs photoconductive layers. Optics express, 18(3), 2296-2301.

78. Mikulics, M., Marso, M., Wu, S., Fox, A., Lepsa, M., Grutzmacher, D., ... & Kordos, P. (2008). Sensitivity enhancement of metal-semiconductor-metal photodetectors on low-temperature-grown GaAs using alloyed contacts. IEEE photonics technology letters, 20(12), 1054-1056.

79. Sajak, A. A. B. (2019). Numerical simulations of THz photoconductive antenna. The University of Liverpool (United Kingdom).

80. Bashirpour, M., Ghorbani, S., Kolahdouz, M., Neshat, M., Masnadi-Shirazi, M., & Aghababa, H. (2017). Significant performance improvement of a terahertz photoconductive antenna using a hybrid structure. RSC advances, 7(83), 53010-53017.

81. Lavrukhin, D. V., Galiev, R. R., Pavlov, A. Y., Yachmenev, A. E., May-tama, M. V., Glinskiy, I. A., ... & Ponomarev, D. S. (2019). Plasmonic pho-

toconductive antennas for terahertz pulsed spectroscopy and imaging systems. Optics and Spectroscopy, 126, 580-586.

82. Yerino, C. D., Liang, B., Huffaker, D. L., Simmonds, P. J., & Lee, M. L. (2017). Molecular beam epitaxy of lattice-matched InAlAs and InGaAs layers on InP (111) A,(111) B, and (110). Journal of Vacuum Science & Technology B, Nanotechnology and Microelectronics: Materials, Processing, Measurement, and Phenomena, 35(1), 010801.

83. Chin, A., Martin, P., Ho, P., Ballingall, J., Yu, T. H., & Mazurowski, J. (1991). High quality (111) B GaAs, AlGaAs, AlGaAs/GaAs modulation doped heterostructures and a GaAs/InGaAs/GaAs quantum well. Applied physics letters, 59(15), 1899-1901.

84. Vaccaro, P. O., Tominaga, K., Hosoda, M., Fujita, K., & Watanabe, T. W. T. (1995). Quantum-confined stark shift due to piezoelectric effect in In-GaAs/GaAs quantum wells grown on (111) A GaAs. Japanese journal of applied physics, 34(2S), 1362.

85. Gonzalez-Borrero, P. P., Lubyshev, D. I., Marega Jr, E., Petitprez, E., & Basmaji, P. (1996). Self-organized InGaAs quantum dots grown by molecular beam epitaxy on (100), (711) AB, (511) AB, (311) AB, (211) AB, and (111) AB oriented GaAs. Journal of crystal growth, 169(3), 424-428.

86. Yeo, W., Dimitrov, R., Schaff, W. J., & Eastman, L. F. (2000). The effect of As 4 pressure on material qualities of AlGaAs/GaAs heterostructures grown on (111) B GaAs substrates. Applied Physics Letters, 77(17), 27642766.

87. Галиев, Г. Б., Пушкарёв, С. С., Буряков, А. М., Билык, В. Р., Мишина, Е. Д., Климов, Е. А., ... & Мальцев, П. П. (2017). Генерация и детектирование терагерцевого излучения в низкотемпературных эпитаксиаль-ных пленках GaAs на подложках GaAs с ориентациями (100) и (111) A. Физика и техника полупроводников, 51(4), 529.

88. Kuznetsov, K. A., Galiev, G. B., Kitaeva, G. K., Kornienko, V. V., Klimov,

E. A., Klochkov, A. N., ... & Maltsev, P. P. (2018). Photoconductive anten-

156

nas based on epitaxial films In0. 5Ga0. 5As on GaAs (1 1 1) A and (1 0 0) A substrates with a metamorphic buffer. Laser Physics Letters, 15(7), 076201.

89. Галиев, Г. Б., Грехов, М. М., Китаева, Г. Х., Климов, Е. А., Клочков, А.

H., Коленцова, О. С., ... & Пушкарев, С. С. (2017). Генерация терагер-цевого излучения в низкотемпературных эпитаксиальных пленках InGaAs на подложках InP с ориентациями (100) и (411) A. Физика и техника полупроводников, 51(3), 322-330.

90. Baranov, D. G., Zuev, D. A., Lepeshov, S. I., Kotov, O. V., Krasnok, A. E., Evlyukhin, A. B., & Chichkov, B. N. (2017). All-dielectric nanophotonics: the quest for better materials and fabrication techniques. Optica, 4(7), 814825.

91. Kuznetsov, A. I., Miroshnichenko, A. E., Brongersma, M. L., Kivshar, Y. S., & Luk'yanchuk, B. (2016). Optically resonant dielectric nanostructures. Science, 354(6314), aag2472.

92. Schuller, J. A., & Brongersma, M. L. (2009). General properties of dielectric optical antennas. Optics express, 17(26), 24084-24095.

93. Rolly, B., Stout, B., & Bonod, N. (2012). Boosting the directivity of optical antennas with magnetic and electric dipolar resonant particles. Optics express, 20(18), 20376-20386.

94. Schmidt, M. K., Esteban, R., Sáenz, J., Suárez-Lacalle, I., Mackowski, S., & Aizpurua, J. (2012). Dielectric antennas-a suitable platform for controlling magnetic dipolar emission. Optics express, 20(13), 13636-13650.

95. Dmitriev, P. A., Baranov, D. G., Milichko, V. A., Makarov, S. V., Mukhin,

I. S., Samusev, A. K., ... & Kivshar, Y. S. (2016). Resonant Raman scattering from silicon nanoparticles enhanced by magnetic response. Nanoscale, 8(18), 9721-9726.

96. Caldarola, M., Albella, P., Cortés, E., Rahmani, M., Roschuk, T., Grinblat, G., ... & Maier, S. A. (2015). Non-plasmonic nanoantennas for surface enhanced spectroscopies with ultra-low heat conversion. Nature communications, 6(1), 7915.

97. Krasnok, A., Glybovski, S., Petrov, M., Makarov, S., Savelev, R., Belov, P., ... & Kivshar, Y. (2015). Large purcell enhancement without strong field localization. arXiv preprint arXiv:1506.07276.

98. Shcherbakov, M. R., Vabishchevich, P. P., Shorokhov, A. S., Chong, K. E., Choi, D. Y., Staude, I., ... & Kivshar, Y. S. (2015). Ultrafast all-optical switching with magnetic resonances in nonlinear dielectric nanostruc-tures. Nano letters, 15(10), 6985-6990.

99. Zambrana-Puyalto, X., & Bonod, N. (2015). Purcell factor of spherical Mie resonators. Physical Review B, 91(19), 195422.

100. Efremov, M. D., Volodin, V. A., Marin, D. V., Arzhannikova, S. A., Goryainov, S. V., Korchagin, A. I., ... & Bardakhanov, S. P. (2004). Visible photoluminescence from silicon nanopowders produced by silicon evaporation in a high-power electron beam. Journal of Experimental and Theoretical Physics Letters, 80, 544-547.

101. Crawley, D. A., Longbottom, C., Cole, B. E., Ciesla, C. M., Arnone, D., Wallace, V. P., & Pepper, M. (2003). Terahertz pulse imaging: a pilot study of potential applications in dentistry. Caries research, 37(5), 352-359.

102. Mittleman, D. (Ed.). (2013). Sensing with terahertz radiation (Vol. 85). Springer.

103. Woodward, R. M., Wallace, V. P., Cole, B. E., Pye, R. J., Arnone, D. D., Linfield, E. H., & Pepper, M. (2002, June). Terahertz pulse imaging in reflection geometry of skin tissue using time-domain analysis techniques. In Clinical Diagnostic Systems: Technologies and Instrumentation (Vol. 4625, pp. 160-169). SPIE.

104. Yang, X., Zhao, X., Yang, K., Liu, Y., Liu, Y., Fu, W., & Luo, Y. (2016). Biomedical applications of terahertz spectroscopy and imaging. Trends in biotechnology, 34(10), 810-824.

105. Galiev, G. B., Klimov, E. A., Zaitsev, A. A., Pushkarev, S. S., & Klochkov, A. N. (2020). Study of the surface morphology, electrophysical

characteristics, and photoluminescence spectra of GaAs epitaxial films on GaAs (110) substrates. Optics and Spectroscopy, 128, 877-884.

106. Efremov, M. D., Volodin, V. A., Marin, D. V., Arzhannikova, S. A., Goryainov, S. V., Korchagin, A. I., ... & Bardakhanov, S. P. (2004). Visible photoluminescence from silicon nanopowders produced by silicon evaporation in a high-power electron beam. Journal of Experimental and Theoretical Physics Letters, 80, 544-547.

107. Chaabani, W., Proust, J., Movsesyan, A., Beal, J., Baudrion, A. L., Adam, P. M., ... & Plain, J. (2019). Large-scale and low-cost fabrication of silicon mie resonators. ACS nano, 13(4), 4199-4208.

108. Берт, Н. А., Вейнгер, А. И., Вилисова, М. Д., Голощапов, С. И., Иво-нин, И. В., Козырев, С. В., ... & Третьяков, В. В. (1993). Арсенид галлия, выращенный методом молекулярно-лучевой эпитаксии при низкой температуре: кристаллическая структура, свойства, сверхпроводимость. Физика твердого тела, 35(10), 2609-2625.

109. Smith, F. W., Calawa, A. R., Chen, C. L., Manfra, M. J., & Mahoney, L. J. (1988). New MBE buffer used to eliminate backgating in GaAs MESFETs. IEEE Electron Device Letters, 9(2), 77-80.

110. Kaminska, M., Liliental-Weber, Z., Weber, E. R., George, T., Kortright, J. B., Smith, F. W., ... & Calawa, A. R. (1989). Structural properties of As-rich GaAs grown by molecular beam epitaxy at low temperatures. Applied physics letters, 54(19), 1881-1883.

111. Warren, A. C., Woodall, J. M., Freeouf, J. L., Grischkowsky, D., Mcln-turff, D. T., Melloch, M. R., & Otsuka, N. (1990). Arsenic precipitates and the semi-insulating properties of GaAs buffer layers grown by low-temperature molecular beam epitaxy. Applied physics letters, 57(13), 13311333.

112. Look, D. C., Walters, D. C., Manasreh, M. O., Sizelove, J. R., Stutz, C. E., & Evans, K. R. (1990). Anomalous Hall-effect results in low-temperature

molecular-beam-epitaxial GaAs: Hopping in a dense EL2-like band. Physical Review B, 42(6), 3578.

113. Yu, K. M., Kaminska, M., & Liliental-Weber, Z. (1992). Characterization of GaAs layers grown by low temperature molecular beam epitaxy using ion beam techniques. Journal of applied physics, 72(7), 2850-2856.

114. Youn, D. H., Lee, S. H., Ryu, H. C., Jung, S. Y., Kang, S. B., Kwack, M.

H., ... & Kim, G. H. (2008). Effects of post-growth annealing on the structure and electro-optical properties of low-temperature grown GaAs. Journal of applied physics, 103(12), 123528.

115. Yano, R., Gotoh, H., Hirayama, Y., Miyashita, S., Kadoya, Y., & Hattori, T. (2005). Terahertz wave detection performance of photoconductive antennas: Role of antenna structure and gate pulse intensity. Journal of applied physics, 97(10), 103103.

116. Tani, M., Herrmann, M., & Sakai, K. (2002). Generation and detection of terahertz pulsed radiation with photoconductive antennas and its application to imaging. Measurement science and technology, 13(11), 1739.

117. Seto, J. Y. (1975). The electrical properties of polycrystalline silicon films. Journal of Applied Physics, 46(12), 5247-5254.

118. Abdulmunem, O. M., Hassoon, K. I., Volkner, J., Mikulics, M., Gries, K.

I., & Balzer, J. C. (2017). Photoconductive LT-GaAs terahertz antennas: correlation between surface quality and emission strength. Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves, 38, 574-582.

119. Вилкова, Е. Ю., Тимофеев, О. В., Носов, С. А., & Дубовой, А. Н. (2013). Изменение шероховатости поверхности CVD-ZnSe при механической обработке в зависимости от размера зерна суспензии. Оптический журнал, 80(9), 68-72.

120. Klochkov, A. N., Klimov, E. A., Solyankin, P. M., Konnikova, M. R., Vasil'evskii, I. S., Vinichenko, A. N., ... & Galiev, G. B. (2020). THz radiation of photoconductive antennas based on {LT-GaAa/GaAa: Si} superlattice structures. Optics and Spectroscopy, 128, 1010-1017.

160

121. Galiev, G. B., Trunkin, I. N., Vasiliev, A. L., Vasil'evskii, I. S., Vinichen-ko, A. N., Klimov, E. A., ... & Pushkarev, S. S. (2019). New structure for photoconductive antennas based on {LTG-GaAs/GaAs: Si} superlattice on GaAs (111) a substrate. Crystallography Reports, 64, 205-211.

122. Liu, X., Prasad, A., Nishio, J., Weber, E. R., Liliental-Weber, Z., & Walukiewicz, W. (1995). Native point defects in low-temperature-grown GaAs. Applied Physics Letters, 67(2), 279-281.

123. Baxter, J. B., & Guglietta, G. W. (2011). Terahertz spectroscopy. Analytical chemistry, 83(12), 4342-4368.

124. Jepsen, P. U., Cooke, D. G., & Koch, M. (2011). Terahertz spectroscopy and imaging-Modern techniques and applications. Laser & Photonics Reviews, 5(1), 124-166.

125. Yang, X., Zhao, X., Yang, K., Liu, Y., Liu, Y., Fu, W., & Luo, Y. (2016). Biomedical applications of terahertz spectroscopy and imaging. Trends in biotechnology, 34(10), 810-824.

126. Baranov, D. G., Zuev, D. A., Lepeshov, S. I., Kotov, O. V., Krasnok, A. E., Evlyukhin, A. B., & Chichkov, B. N. (2017). All-dielectric nanophoton-ics: the quest for better materials and fabrication techniques. Optica, 4(7), 814-825.

127. Movsesyan, A., Marguet, S., Muravitskaya, A., Béal, J., Adam, P. M., & Baudrion, A. L. (2019). Influence of the CTAB surfactant layer on optical properties of single metallic nanospheres. JOSA A, 36(11), C78-C84.

128. Fu, Y. H., Kuznetsov, A. I., Miroshnichenko, A. E., Yu, Y. F., & Luk'yanchuk, B. (2013). Directional visible light scattering by silicon nano-particles. Nature communications, 4(1), 1527.

129. Bashirpour, M., Ghorbani, S., Kolahdouz, M., Neshat, M., Masnadi-Shirazi, M., & Aghababa, H. (2017). Significant performance improvement of a terahertz photoconductive antenna using a hybrid structure. RSC advances, 7(83), 53010-53017.

130. Zhang, J. (2014). Design and performance of a terahertz photoconductive antenna with nano-crossfinger structure. arXiv preprint arXiv:1408.0821.

131. Kirawanich, P., Yakura, S. J., & Islam, N. E. (2008). Study of high-power wideband terahertz-pulse generation using integrated high-speed photocon-ductive semiconductor switches. IEEE Transactions on Plasma Science, 37(1), 219-228.

132. Yardimci, N. T., Yang, S. H., Berry, C. W., & Jarrahi, M. (2015). Highpower terahertz generation using large-area plasmonic photoconductive emitters. IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology, 5(2), 223-229.

133. Bashirpour, M., Poursafar, J., Kolahdouz, M., Hajari, M., Forouzmehr, M., Neshat, M., ... & Zhang, G. (2019). Terahertz radiation enhancement in dipole photoconductive antenna on LT-GaAs using a gold plasmonic nanodisk array. Optics & Laser Technology, 120, 105726.

134. Roblin, P., & Rohdin, H. (2002). High-speed heterostructure devices: from device concepts to circuit modeling. Cambridge university press.

135. Ichikawa, H., Makabe, I., Tateno, Y., Nakata, K., & Inoue, K. (2014). An Optical 150-nm Y-Gate Process for InAlN/GaN HEMTs. CS-Mantech, Ses-sion10, 1.

136. Kawano, V. Y. N. V. Y., Sato, V. M., & Hamaguchi, V. T. T. V. K. (2007). Ultra-high-speed and ultra-low-noise InP HEMTs. Fujitsu Sci. Tech. J, 43(4), 486-494.

137. Shao, J., Zhang, S., Liu, J., Lu, B. R., Taksatorn, N., Lu, W., & Chen, Y. (2015). Y shape gate formation in single layer of ZEP520A using 3D electron beam lithography. Microelectronic Engineering, 143, 37-40.

138. Schleunitz, A., Guzenko, V. A., Schander, A., Vogler, M., & Schift, H. (2011). Selective profile transformation of electron-beam exposed multilevel resist structures based on a molecular weight dependent thermal reflow. Journal of Vacuum Science & Technology B, Nanotechnology and Microe-

lectronics: Materials, Processing, Measurement, and Phenomena, 29(6), 06F302.

139. Lien, Y. C., Chang, E. Y., Chang, H. C., Chu, L. H., Huang, G. W., Lee, H. M., ... & Chang, C. Y. (2004). Low-noise metamorphic HEMTs with re-flowed 0.1-^m T-gate. IEEE Electron Device Letters, 25(6), 348-350.

140. Васильевский, И.С., Виниченко А.Н., Номоев С.А., Каргин Н.И. Способ формирования металлического Y-образного затвора сверхвысокочастотного транзистора. Патент РФ №2729510, опубликовано 07.08.2020.

П Р И Л О Ж Е Н И Е

Утверждаю

ЗдМпЖректора по научной работе

ИСВЧПЭ РАН Д. С. Пономарев

Акт о внедрй

результатов диссертационной работы Номоева С. А. Комиссия ИСВЧПЭ РАН в составе:

Председатель: Хабибуллин P.A. - ведущий научный сотрудник Члены комиссии: Павлов А.Ю. - заведующий лаб.№10б

Пушкарев С.С. - ведущий научный сотрудник

составила настоящий Акт о том, что ИСВЧПЭ РАН внедрил в технологический процесс изготовления ТГц источников - фотопроводящих антенн (ФПА) на основе низкотемпературного арсенида галлия разработанные в рамках диссертационной работы С.А. Номоевым элементы технологической операции электронно-лучевой нанолитографии и последующего взрывного формирования металлизации плазмонных массивов с топологической нормой до 160 нм. В частности, используется предложенное С.А. Номоевым математическое моделирование для учета и компенсации эффектов близости, оптимизированная доза экспонирования для создания плазмонных металлических элементов ФПА в зависимости от толщины слоя электронного резиста, обеспечивающего формирование однородного рисунка. Подробное описание процесса формирования металлических плазмонных наноструктур в ФПА представлено в диссертационной работе С.А. Номоева.

Председатель комиссии

Члены комиссии

Утверждаю

Акт oi

результатов диссертационной работы Номоева С.А.

Комиссия ООО «CKOHTEJI» в составе: Председателя - заместителя генерального директора по научно-исследовательской работе, Морозова П.В. и членов комиссии:

Вахтомина Ю.Б., заместителя генерального директора, Дивочева A.B., исполнительного директора, составила настоящий Акт о том, что ООО «CKOHTEJI» внедрил в производство разработанные С.А. Номоевым элементы технологического процесса создания фотопроводящей антенны с наноструктурами на основе низкотемпературного арсенида галлия. Использованы результаты математического моделирования по учету и компенсации эффектов близости РЕС) в программе Beamer, результаты расчета дозы экспонирования для субмикронных топологий с переменной плотностью массива для обеспечения однородного рисунка в резисте. Элементы технологии используются при изготовлении однофотонных детекторов в части формирования чувствительного сверхпроводящего меандра.

Члены комиссии

Председатель комиссии

Ю.Б. Вахтомин

1>А.В. Дивочий

П.В. Морозов