Zdanevicius, Justinias and Cibiraite, Dovile and Kestutis, Ikamas and Bauer, Maris and Matukas, Jonas and Lisauskas, Alvydas and Richter, Heiko and Hagelschuer, Till and Krozer, Viktor and Hübers, Heinz-Wilhelm and 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), pp. 613-621. IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers. doi: 10.1109/TTHZ.2018.2871360. ISSN 2156-342X.
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Official URL: http://ieeexplore.ieee.org
Abstract
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.
| Item URL in elib: | https://elib.dlr.de/124988/ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Document Type: | Article | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Title: | Field-Effect Transistor Based Detectors for Power Monitoring of THz Quantum Cascade Lasers | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Authors: |
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| Date: | November 2018 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Journal or Publication Title: | IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Refereed publication: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Open Access: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Gold Open Access: | No | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| In SCOPUS: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| In ISI Web of Science: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Volume: | 8 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DOI: | 10.1109/TTHZ.2018.2871360 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Page Range: | pp. 613-621 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Publisher: | IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ISSN: | 2156-342X | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Status: | Published | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Keywords: | plasmonic detection, terahertz, Quantum cascade laser (QCL) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Research field: | Aeronautics, Space and Transport | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Program: | Space | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Program Themes: | other | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Research area: | Raumfahrt | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Program: | R - no assignment | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Research theme (Project): | R - no assignment | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Location: | Berlin-Adlershof | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Institutes and Institutions: | Institute of Optical Sensor Systems > Terahertz and Laser Spectroscopy | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Deposited By: | Richter, Dr.rer.nat. Heiko | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Deposited On: | 14 Dec 2018 08:48 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Last Modified: | 06 Sep 2019 15:23 |
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