2 MeV He 离子注入修复太赫兹发射源.PDF

第32 卷 第1 期 核 技 术 Vol. 32, No.1 2009 年1 月 NUCLEAR TECHNIQUES January 2009 + 2 MeV He 离子注入修复太赫兹发射源 杨 康 马明旺 陈西良 朱智勇 （中国科学院上海应用物理研究所 上海 201800 ） 摘要 为修复因加载过高外置偏压而被击穿的太赫兹光电导天线的发射晶体，采用离子注入法对光电导间隙 + 16 2 + 区域进行了2 MeV He 离子注入处理。经过10 ions/cm He 离子处理后，光电导天线的电阻由约800 Ω变为 60 MΩ，基本恢复到了击穿前的水平。通过对比辐照前后太赫兹发射源在空气气氛中的时域谱和频域谱，发 现离子辐照后太赫兹信号强度有了十分明显的增强，时域光谱峰值信号电流由辐照前的2 nA 增加到了辐照后 的8 nA，峰值功率增幅超过了一个量级，且发现处理后光电导天线的频谱相对于辐照前有了明显的展宽。 关键词 离子辐照，太赫兹光谱，光电导天线 中图分类号 O77 ，O433 [7,8] 离子注入技术是有效的表面处理技术。离子与 的应用前景 。 靶材料原子的相互作用，可显著改变靶材料物质的 太赫兹(THz)光电导天线(PCA)，是利用短脉冲 微观结构，从而改变材料的宏观性能。离子能量和 激光激励半导体材料发射太赫兹光波的装置，结构 注量精确可控，因此可实现对材料性能定量的调控。 如图 1。其基本原理是，在光电导半导体材料表面 由于近代高技术的发展和需要，促使离子注入 淀积金属制成偶极天线电极，用光子能量大于半导 技术的研究迅速向 MeV 能区扩展。高能离子在金 体禁带宽度的超短脉冲激光使半导体材料产生电子 属等材料改性方面有重要用途而日益受到人们的重 —空穴对，被激发的自由载流子在偏置电压的作用 视，现已广泛应用于超高频高速器件、大功率器件、 下辐射出具有皮秒脉宽的太赫兹电磁辐射脉冲，并 微波器件、光波导光存储器、表面物理、金属材料 通过天线向空间传播。此法是产生和探测THz 波的 改性、超导材料改性、半导体材料改性、微细加工 常用方法[9-11] 。低温生长的砷化镓(LTG-GaAs)具有 [12-14] 等技术领域。用MeV 能量的离子注入半导体材料， 良好的太赫兹发射性能，使用广泛 。 可形成 µm 数量级的深注入区或各种掩埋层和绝缘 层。采用不同能量的叠加注入，可造就各种类型的 杂质与载流子分布。这些手段有可能开发许多新型 [1-6] 结构的器件和电路 。 高能离子束轰击引起的材料改性、损伤与缺陷 的产生机制研究还在进行，有待深入探讨与认识。 从本质上来看，高能注入过程包含有丰富而复杂的 物理内容。荷能离子在极短时间内把大量的能量转 移给其运行路径周围靶原子的电子和原子核，瞬间 能量的大量沉积引发材料发生一些列复杂的变化， 如产生点缺陷、自由基和其他活性基团，甚至导致 图1 光电导天线的结构示意图 离子径迹上晶体材料的完全非晶化转变。如今，涉 Fig.1 Structure of the photoconductive antenna 及到高能离子与固体相互作用的特性、晶体损伤微