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Field-Effect Transistor Based Detectors for Power Monitoring of THz Quantum Cascade Lasers

Zdanevicius, Justinias und Cibiraite, Dovile und Kestutis, Ikamas und Bauer, Maris und Matukas, Jonas und Lisauskas, Alvydas und Richter, Heiko und Hagelschuer, Till und Krozer, Viktor und Hübers, Heinz-Wilhelm und Roskos, Hartmut (2018) Field-Effect Transistor Based Detectors for Power Monitoring of THz Quantum Cascade Lasers. IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology, 8 (6), Seiten 613-621. IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers. doi: 10.1109/TTHZ.2018.2871360. ISSN 2156-342X.

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Offizielle URL: http://ieeexplore.ieee.org

Kurzfassung

We report on circuit simulation, modeling, and characterization of field-effect transistor based terahertz (THz) detectors (TeraFETs) with integrated patch antennas for discrete frequencies from 1.3 to 5.7 THz. The devices have been fabricated using a standard 90-nm CMOS technology. Here, we focus in particular on a device showing the highest sensitivity to 4.75-THz radiation and its prospect to be employed for power mmonitoring of a THz quantum cascade laser used in a heterodyne spectrometer GREAT (German REceiver for Astronomy at Terahertz frequencies). We show that a distributed transmission line based detector model can predict the detector’s performance better than a device model provided by the manufacturer. The integrated patch antenna of the TeraFET designed for 4.75 THz has an area of 13 × 13 µm2 and a distance of 2.2 µm to the ground plane. The modeled radiation efficiency at the target frequency is 76% with a Maximum directivity of 5.5, resulting in an effective area of 1750 µm2. The detector exhibits an area-normalized minimal noise-equivalent power of 404 pW/√Hz and a maximum responsivity of 75 V/W. These values represent the state of the art for electronic detectors operating at room-temperature and in this frequency range.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/124988/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Field-Effect Transistor Based Detectors for Power Monitoring of THz Quantum Cascade Lasers
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Zdanevicius, JustiniasVilnius UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Cibiraite, Dovilecibiraite (at) physik.uni-frankfurt.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kestutis, Ikamaskestutis.ikamas (at) ff.vu.ltNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bauer, Marismaris.bauer (at) itwm.fraunhofer.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Matukas, Jonasjonas.matukas (at) ff.vu.ltNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lisauskas, Alvydaslisauskas (at) physik.uni-frankfurt.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Richter, HeikoHeiko.Richter (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hagelschuer, TillTill.Hagelschuer (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Krozer, ViktorGoethe-University FrankfurtNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hübers, Heinz-Wilhelmheinz-wilhelm.huebers (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Roskos, Hartmutroskos (at) physik.uni-frankfurt.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:November 2018
Erschienen in:IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:8
DOI:10.1109/TTHZ.2018.2871360
Seitenbereich:Seiten 613-621
Verlag:IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers
ISSN:2156-342X
Status:veröffentlicht
Stichwörter:plasmonic detection, terahertz, Quantum cascade laser (QCL)
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:keine Zuordnung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R - keine Zuordnung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - keine Zuordnung
Standort: Berlin-Adlershof
Institute & Einrichtungen:Institut für Optische Sensorsysteme > Terahertz- und Laserspektroskopie
Hinterlegt von: Richter, Dr.rer.nat. Heiko
Hinterlegt am:14 Dez 2018 08:48
Letzte Änderung:06 Sep 2019 15:23

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