WO2007112925A1 - Thz-antennen-array, system und verfahren zur herstellung eines thz-antennen-arrays - Google Patents

Thz-antennen-array, system und verfahren zur herstellung eines thz-antennen-arrays Download PDF

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WO2007112925A1
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thz
region
photoconductive
antenna array
array
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Michael Nagel
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Rwth Aachen University
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/005—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements for radiating non-sinusoidal waves
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49016—Antenna or wave energy "plumbing" making

Definitions

  • THz Antenna Array System and Method of Making a THz Antenna Array
  • the invention relates to a THz antenna array with a number of THz antennas, wherein a THz antenna has a photoconductive region and a first electrode and a second electrode, which are arranged spaced apart over a distance range which laterally over at least a part of the photoconductive region extends.
  • the invention further relates to a method for producing a THz antenna array with a number of THz antennas, wherein a THz antenna has a photoconductive region and a first electrode and a second electrode, which are arranged spaced apart over a distance range, extending laterally over at least a portion of the photoconductive region.
  • THz antennas can be formed and fabricated in a variety of ways, including such. can be used as a receiver and / or as a transmitter.
  • a first fundamental form of a THz antenna provides a semi-large antenna single structure, which is designed in the range between microscopic structures (below 100 ⁇ m) and macroscopic millimeter structures (> 1 mm).
  • Such a THz antenna is from Stone et.al. in the article "Electrical and Radiation Characteristics of Semiconductor Photoconductive Terahertz Emitters" in IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, Vol. 52, no. 10, October 2004.
  • US 5,401,953 discloses an integrated submillimeter radiation generation device, the device comprising an array of N photoconductive switches biased by a common voltage source and having an optical path difference from a common optical pulse at a repetition rate
  • BEST ⁇ TEGUNGSKOPIE provides different optical delay for each of the switches.
  • the triggering of the N-switches takes place via a pulse traveling along the entire array of N-switches up to a single antenna, which radiates submillimeter radiation spherically in all directions as a point source.
  • THz antenna arrays of the type mentioned in the beginning of a number of THz antennas or THz antenna structures have improved performance and modulability thereof as well as an improved directional characteristic.
  • a THz antenna or THz antenna structure basically has two spaced apart electrodes with an intervening photoconductive material, i. As a rule, an area with semiconducting material in which optical charge carriers can be generated on.
  • the individual THz antennas or THz antenna structures usually have microscopic dimensions.
  • the problem here is the decoupling of the individual THz antennas as elements of the array in order to avoid destructive interference of the THz far field - usually, for. in finger structures, adjacent elements of the array, e.g. two fingers each with intervening photoconductive material, biased against opposite polarity. For this purpose, different possibilities of decoupling the individual elements of the array have hitherto been provided.
  • the disadvantage here is that the production of such structures is comparatively complicated, since, inter alia, two additional material layers have to be deposited for the optical partitioning of suitable regions of the THz antenna array - this is at least an electrical insulation layer for the isolation of electrodes of adjacent THz Antennas and an opaque layer to be deposited thereon, which is usually designed as a metal layer.
  • a cross-sectional view of such a THz antenna array is shown in FIG.
  • the additional optically ablative layers mentioned there can in principle adversely affect the performance of the antenna arrangement. It has been shown that the dark current is comparatively high, since in the sealed-off regions of the THz antenna array in the reverse more than 50% of the total dark current is generated. This leads to a higher energy consumption of the THz antenna arrays in the case of a THz emitter or to a lower sensitivity in the case of a THz detector. In addition, the production of such an array has proven to be comparatively expensive.
  • the invention begins, whose object is to provide a THz antenna array and a manufacturing method, which has improved properties, in particular simplified compared to the known arrays and manufacturing method.
  • the object is achieved by the invention by means of the THz antenna array of the type mentioned above, wherein according to the invention a lateral region between adjacent THz antennas of the array is formed virtually non-photoconductive, i. A photoconductivity may or may not be present compared to a portion of a THz antenna or is negligibly small.
  • a lateral area between adjacent THz antennas of the array is virtually free of photoconductive material.
  • adjacent THz active elements of the array i. THz antennas or structures are per se isolated from each other in terms of photoconductivity - unlike conventional structures of the type described above, in which also areas between adjacent THz-active elements are photoconductive.
  • the object is achieved by the invention with a manufacturing method of the type mentioned, in accordance with the invention a starting material is provided with a photoconductive region,
  • the electrodes are patterned on the photoconductive area
  • the resulting structure of the THz antenna array is lifted from the starting material and transferred to a substrate.
  • the concept of the invention thus provides a direct decoupling of the THz-active elements of the array, ie the THz antennas or THz antenna structures, according to which a lateral area between adjacent T'Hz antennas of the array is formed virtually non-photoconductive.
  • the invention has recognized that thereby an optical generation of photoconductive charge carriers in the lateral region between adjacent THz antennas of the array per se is impossible or negligible, so that in these areas per se no THz radiation can take place, the one to could contribute to destructive far-field interference.
  • additional measures of antenna decoupling such as the location-dependent modulation of the optical excitation, whether by binary gratings, frequency mixing, or an optical isolation of the lateral areas between adjacent THz antennas, can advantageously be omitted.
  • the invention provides that a part of the photoconductive region in the lateral region between adjacent THz antennas of the array is removed, in particular completely removed.
  • a corresponding THz antenna array has, in particular, a photoconductive region which points to a limited lateral extent, which does not significantly beyond the lateral extent of the distance range or over the lateral extent of the distance range and the electrodes.
  • the THz antenna arrays provided in accordance with the inventive concept and the corresponding production method use in an inventive manner the principle of the epitaxial lift-off method using comparatively thin photoconductive films.
  • the elements of the array forming THz radiation emitting or detecting structures according to the concept of the invention can thus be particularly flexible and adapt with little effort and without additional components to a variety of optical systems with full-surface optical excitation. It has been shown that the emission power or detection sensitivity is optimized in comparison to previously known THz antenna arrays. It has been found that a THz antenna array according to the concept of the invention generally has a dark current reduced by at least 50%, which additionally increases the consumption or the sensitivity of a detector. In addition, the aforementioned disadvantages of the prior art are largely avoided. Should be in the context of special applications nevertheless an additional location-dependent modulation of the optical excitation be desired, the proposed concept offers the advantage of an increased tolerance range for adjusting an optical frequency mixing excitation or a binary grating. Additional optically isolating layers of material are generally not necessary. The production of the THz antenna array according to the concept of the invention can be implemented particularly effectively and inexpensively.
  • a lateral region between adjacent THz antennas of the array may also be optically transparent and / or non-conductive.
  • the electrical losses or dispersion effects can advantageously be largely avoided both in the THz frequency range and in the optical range.
  • the lateral region between adjacent THz antenna arrays is formed by means of a substrate, in particular by means of a sapphire or quartz glass substrate.
  • the substrate does not necessarily have to be optically transparent, for example, undoped silicon is also suitable, since it is comparatively low in absorption and / or dispersion in the THz range.
  • the lateral area between adjacent THz antennas - in particular at a deposition height of the photoconductive area and / or the electrodes - is material-free, i. a lateral area between adjacent THz antennas of the array is virtually completely removed during the manufacturing process.
  • a THz antenna array according to the concept, in particular measures of the cited developments of the invention are advantageously designed optimized for collective impulsive optical excitation in the photoconductive region, preferably - depending on the photoconductive material - at an energy above. half of 0.9 eV.
  • the optical excitation is preferably carried out by means of a femtosecond laser pulse, in particular in a wavelength range between 650 nm to 1200 nm, preferably between 750 nm and 850 nm.
  • a THz antenna by means of a metal-semiconductor-metal structure (MSM structure) formed in which the electrodes as a metal and the photoconductive region is formed as a semiconductor.
  • MSM structure metal-semiconductor-metal structure
  • the photoconductive region is particularly advantageously formed by means of LT-GaAs. The properties of the conductor carriers in the photoconductive region which are relevant for the THz radiation emission or detection are thereby advantageously adjustable.
  • the photoconductive region has at least one photoconductive layer arranged below the electrodes, in particular a layer which extends over the lateral extent of the spacer region and of the electrodes.
  • the photoconductive region has at least one photoconductive layer, optionally only between the electrodes, in particular a layer which optionally extends only over the lateral extent of the distance region.
  • the photoconductive region is advantageously limited to a thickness of 10 ⁇ m, preferably 5 ⁇ m, preferably 2 ⁇ m, preferably 1 ⁇ m.
  • the photoconductive region advantageously has a thickness of at least 0.5 ⁇ m.
  • THz antennas which are formed by means of electrodes in the form of a finger structure.
  • a finger of the finger structure may have a geometry that contributes to the formation of a THz resonator. So resonant peaks of certain THz frequency ranges can be achieved.
  • the finger of the finger structure particularly advantageously has in its lateral extent a T-shaped geometry pointing away from the photoconductive region.
  • At least a first number of THz antennas can be at different potential compared to a second number of THz antennas. This opens up an additional possibility of radiation modulation by potential control of the THz antennas.
  • the invention also leads to a system comprising a number of THz antenna arrays of the type described above, in which at least a first number of THz antenna arrays have different potentials compared to a second number of THz Antenna array is located.
  • THz antenna arrays can be found in the further subclaims and serve above all to increase the efficiency. This can be achieved alone or in combination of different measures in the array design and / or antenna design, the optical excitation improvement and a functionalization of the layers and / or surfaces of the THz antenna array and / or the THz antenna.
  • a distance of THz antennas is chosen comparatively large, in particular at ⁇ / 2 .
  • a microlens or microlens array can be provided for focusing and aligning the optical excitation.
  • a functionalized array of high-permittivity nanoparticles can serve for field enhancement.
  • advantageous developments of the invention can be found in the subclaims and specify in detail advantageous possibilities for realizing the above-described concept within the scope of the task as well as with regard to further advantages.
  • metal layers can be deposited by means of evaporation within the framework of the electrode structuring and a lifting off of unnecessary electrodic areas can take place.
  • the electrode structuring can also take place by means of chemical etching of non-required electrodic areas.
  • the photoconductive region is limited to a lateral extent that does not significantly exceed the lateral extent of the spacer region or the lateral extent of the spacer region and the electrodes.
  • the removal of the part of the photoconductive region takes place by means of chemical etching of a lateral region between adjacent THz antennas of the array.
  • the lifting of the resulting structure of the THz antenna array from the starting material is advantageously carried out by means of chemical etching of a sacrificial region below the photoconductive region.
  • Fig. 1 a THz antenna array in cross section, as in the aforementioned article by Dreysburg et.al. is described;
  • FIG. 2 shows a first embodiment of a THz antenna array in cross section according to the concept of the invention
  • FIG. 3 shows a second embodiment of a THz antenna array in cross section according to the concept of the invention
  • FIGS. 2 and 3 shows a plan view of the embodiments according to FIGS. 2 and 3;
  • Fig. 5 • a micrograph of structures for
  • THz antenna arrays according to the concept of the invention before the epitaxial lift off of the semiconductor starting material
  • FIG. 6 shows the structures of FIG. 5 as THz antenna arrays after transfer to an optically transparent substrate
  • FIG. 7 shows a plan view of a further embodiment of a THz antenna array for the formation of
  • Fig. 8 is a schematic illustration of the manufacturing process for a preferred embodiment
  • Fig. 9 is a schematic illustration of the excitation and emission method for a preferred embodiment
  • FIG. 11 shows the further preferred embodiment in a three-dimensional, semitransparent schematic representation
  • FIG. 12 shows an exemplary embodiment of a functionalized surface of a THz antenna with nanoparticles as an AFM recording.
  • Fig. 1 shows a schematic cross-sectional representation of a known THz emitter according to be processed by means of optical lithography on the surface of a semi-insulating GaAs wafer 12 to the above-mentioned products by 'Dreyhaupt et.al ..
  • Two interlocking finger electrodes 11 The distances of the fingers of the finger electrode 11 are 5 microns.
  • the metallization of a finger electrode 11 consists of 5 nm chromium and 200 nm gold.
  • An opaque further metallization in the form of an optically transparent metal layer 14 made of chrome-gold covers every second finger electrode distance.
  • This second metal layer 14 is isolated from the first metal layer of the finger electrode 11 by an insulating layer 13 in the form of a polyimide layer of about 2 ⁇ m or a silicon oxide layer of 560 nm thickness.
  • the substrate in the form of the GaAs wafer 12 has a thickness of about 500 ⁇ m.
  • the concept of the invention provides a THz antenna array 20, 30, 40 before, in which a lateral region between adjacent THz antennas is formed virtually non-photoconductive, ie A photoconductivity may or may not be present compared to a portion of a THz antenna or is negligibly small. This is achieved, as described with reference to FIGS. 1 to 8, in that a lateral area between adjacent THz antennas is free of photoconductive material.
  • FIG. 2 shows a THz antenna array 20 in cross-section, with a number of THz antennas 29, wherein a THz antenna 29 has a photoconductive region 22 and a first electrode 21A and a second electrode 21B.
  • the electrodes 21A, 21B are spaced apart by a spacing region 24 that extends laterally across at least a portion of the photoconductive region 22.
  • the lateral region 25 between adjacent THz antennas 22 of the array 20 is not photoconductive.
  • the present embodiment does not provide photoconductive material in region 25.
  • the photoconductive region 22 is limited to a lateral extent that does not extend beyond the lateral Extending the distance range 24 and the electrodes 21A, 21B goes beyond.
  • the photoconductive region is formed from LT GaAs, which has a charge carrier lifetime which is advantageously low for the THz emission. This is an additional advantage over the commonly used GaAs substrate as a photoconductive material, on the other hand, having a comparatively high carrier lifetime and relatively disadvantageous dispersion and attenuation properties to the LT GaAs.
  • the thickness of the electrodes 21A, 21B is about 200 nm.
  • the thickness of the photoconductive region is about 1,000 nm, which is well below commonly used photoconductive layers.
  • the thickness of the substrate is in the range of 500 microns.
  • the substrate is designed as an optically transparent non-conductive substrate in the form of a sapphire substrate 23. This has a particularly low dispersion and attenuation both in the THz and in the optical frequency range.
  • FIG. 3 shows a further particularly preferred embodiment of a THz antenna array 30, again comprising a number of THz antennas 39, wherein a THz antenna 39 has a photoconductive region 32 and a first electrode 31A and a second electrode 31B are spaced apart over a spacing region 34 that extends laterally across at least a portion of the photoconductive region 32.
  • the THz antennas 39 are deposited on an undoped silicon substrate 33. The thicknesses of the layers are similar to those in FIG. 2.
  • the electrodes 31A, 31B are "buried".
  • the photoconductive region 34 has another photoconductive Layer 32B.
  • the photoconductive region also has a layer 32B arranged between the electrodes 31A, 31B, which extends in the present case only over the lateral extent of the spacer region 34.
  • FIG. 4 shows the embodiments shown in cross section in FIGS. 2 and 3 in cross-section, wherein the same reference numerals are used correspondingly.
  • the finger structure of the electrodes 21A, 21B, 31A, 31B is visible.
  • Fig. 5 shows a microscopic photograph of a structure for a THz antenna array according to the embodiment shown in Fig. 2, i. the THZ antenna array prior to epitactically lifting off the starting material, with an associated scale.
  • the starting material is provided as schematically shown in Fig. 8a.
  • this is a GaAs substrate 51 with an epitaxially deposited heterostructure layer of 100 nm GaAs (not shown), 100 nm AlAs 52 as sacrificial layer and a layer 53 of LT GaAs in the range between 500 and 2000 nm.
  • the electrode structuring in the form of a finger structure 54 shown in FIG. 8b can take place firstly by spin-coating a photoresist and subsequent lithography. Thereafter, a metal vapor deposition of the electrode material and then a lifting (lift-off) of the unneeded metal surface by dissolving the photoresist in acetone. In another procedure, first of all the metal vapor deposition can take place and then a spin-coating of the photoresist and the following lithography can be provided. This is followed by a wet-chemical etching of the unnecessary metal surfaces.
  • a photoresist has additionally been spin-coated with the following Lithograph. Thereafter, as shown in Fig. 8c, the LT-GaAs lateral regions between adjacent THz antennas of the array have been wet-chemically or dry-chemically etched away.
  • an epitaxial lift-off of the entire antenna array structure 52 shown in FIG. 5 takes place by wet-chemical etching of the AlAs sacrificial layer, for example in fluoric acid.
  • the THz antenna array of Fig. 5 is shown after the transfer illustrated in Fig. 8e to an unspecified carrier substrate 55.
  • This may be undoped silicon, which has comparatively little absorption and dispersion in the THz range or optionally also be an additionally optically transparent substrate such as sapphire or quartz glass.
  • the final THz antenna array at the end of the manufacturing process is illustrated in Fig. 8f.
  • FIGS. 5 and 6 are excerpts. Relatively high numbers of pieces are produced during production by processing a large number of antenna arrays on a GaAs output substrate 51 in parallel.
  • FIG. 7 shows a further particularly preferred embodiment of a THz antenna array 40 according to the invention in a schematic plan view, similar to that in FIG. 4.
  • the finger structure of the electrodes 41A, 41B is illustrated with the intermediate spacing region 44 extending extends laterally over at least a portion of the photoconductive region 42.
  • the THz antennas 49 of the array 40 are applied to an undoped silicon substrate 43 in accordance with the production method explained with reference to FIGS. 5 and 6.
  • the finger-like electrodes 41A, 41B of the finger structure have in their lateral extent a T-shaped geometry 46 facing away from the photoconductive region, which is used to form a THZ resonator. the square-like region 48 between the electrodes 41A, 41B - contributes.
  • THz antenna arrays 20, 30, 40 can furthermore be improved by an employment of nanotechnology, photonics and microsystem methods with respect to an achievable THz output signal power of preferably at least an order of magnitude are, but the production costs are affected only slightly.
  • FIG. 9 shows a schematic representation of the THz antenna arrays 20, 30, 40 described above-here a detail of a THz antenna 29, 39, 49, 49 ', 49 "thereof, in the case of a darkened optical excitation 51, in particular in the photoconductive region 22, 32, 42, which is already focused in accordance with the improvement between the first electrode 21A, 31A, 41A and the second electrode 21B, 31B, 41B and not to a brightly represented THz emission 53 through the THz transparent shown substrate down, that leads from the excitation side in the direction of radiation.
  • This further-education concept of a focused optical excitation can be achieved on the excitation side of the THz antenna by an arrangement, not shown here, of a microlens.
  • the directivity of a THz antenna array can be significantly improved.
  • FIGS. 10 and 11 relate firstly to the device design and secondly to the optical excitation and thirdly to an increase in efficiency by functionalization of the semiconductor surface with the aid of metallic nanoparticles. In the present case, these are realized in a further preferred embodiment of a THz antenna array 50 and exploit in an improved manner the potential of the classical field theory for the antenna arrays.
  • the directivity of the arrangement of the THz antenna array 50 can be significantly improved, whereby the optical losses are significantly reduced in the surrounding overall system.
  • the directivity also depends on the electromagnetic coupling of the individual antennas 59, which can also be improved by advantageous measures such as refractive index adjustments or the like.
  • the directivity factor may be increased up to an order of magnitude or beyond.
  • the increase in the antenna distance D may also mean an increase in inactive intermediate areas, ie an enlargement of the spacing areas 24, 34, 44 as described in the preceding figures.
  • the microlens array 55 on the excitation side above a THz antenna 59 in the THz antenna array 50 is illustrated in the embodiment of a microlens focusing illustrated in FIG and the microlens array 55 comprehensive component integrated.
  • the microlens array 55 focuses the optical excitation 51 in the form of the optical excitation beam on the periodically arranged antennas 59 of the THz antenna array. In this way it is possible, as shown in FIG.
  • a microlens array provided specifically for the THz antenna array 50 can be designed, which correspond to the required antenna spacing D.
  • THz signal generation can, as in the present case in the context of a modification, for example, the semiconductor surface, in the form of a deposited layer, consisting of separate gold nanoparticles reach.
  • Metallic as well as other materials with a high dielectric constant in the form of particles with diameters in the range of a few nanometers are used here in addition to an increase in the sensor surface and for influencing the field dynamics of the charge carriers generated by the optical excitation.
  • the microlens array 55 can be integrated with the THz antenna array 50 to form a THz-emitting component.
  • THz antennas as a finger structure is shown schematically in FIG. 11, and above this in extrapolation representation the nanoscale, functionalized surface 61.
  • such a surface 61 can be achieved as a cost-effective process, for example in the context of a deposition of gold nanoparticles on a SiO 2 surface. Such an example is shown in FIG.
  • FIG. 12 shows an AFM image which illustrates the significant separation of the Au particles, which is particularly suitable for the above-described efficiency-enhancing effects of a THz conversion in the case of an emitter, as described, for example, in FIG. 9 or FIG. 10 is shown.
  • a THz antenna Array as described in FIG. 1 to FIG. 8.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein THz-Antennen-Array (20, 30, 40, 50) mit einer Anzahl von THz-Antennen (29, 39, 49, 49', 49''), wobei eine THz-Antenne (29, 39, 49, 49', 49'') einen photoleitenden Bereich (22, 32, 42) und eine erste Elektrode (21A, 21B, 31A, 31B, 41A, 41B) und eine zweite Elektrode (21B, 31B) aufweist, die über einen Abstandsbereich (24, 34, 44) beabstandet angeordnet sind, der sich lateral über wenigstens einen Teil des photoleitenden Bereiches (22, 32, 42) erstreckt. Um eine derartige Struktur zu vereinfachen und ebenso vereinfacht herzustellen, sieht die Erfindung vor, dass ein lateraler Bereich (25, 35, 45) zwischen benachbarten THz-Antennen (29, 39, 49, 49', 49'') des Arrays (20, 30, 40) nicht photoleitend ausgebildet ist, insbesondere frei von photoleitendem Material ist.

Description

THz-Antennen-Array, System und Verfahren zur Herstellung eines THz-Antennen-Arrays
Die Erfindung betrifft ein THz-Antennen-Array mit einer Anzahl von THz-Antennen, wobei eine THz-Antenne einen photoleitenden Bereich und eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode aufweist, die über einen Abstandsbereich beabstandet angeordnet sind, der sich lateral über wenig- stens einen Teil des photoleitenden Bereiches erstreckt. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung eines THz-Antennen-Arrays mit einer Anzahl von THz-Antennen, wobei eine THz-Antenne einen photoleitenden Bereich und eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode auf- weist, die über einen Abstandsbereich beabstandet angeordnet sind, der sich lateral über wenigstens einen Teil des photoleitenden Bereiches erstreckt.
THz-Antennen können auf verschiedene Weise ausgebildet und hergestellt werden, wobei diese u.a. als Empfänger und/oder- als Sender eingesetzt werden können.
Eine erste grundsätzliche Form einer THz-Antenne sieht eine semigroße Antennen-Einzelstruktur vor, die im Bereich zwischen mikroskopisch kleinen Strukturen (unterhalb von 100 μm) und makroskopischen Millimeterstrukturen (> 1 mm) ausgelegt ist. Eine solche THz-Antenne ist von Stone et.al. in dem Artikel "Electrical and Radiation Characteristics of Semilarge Photoconductive Terahertz Emitters" in IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, Vol. 52, No. 10, October 2004, beschrieben.
US 5,401,953 offenbart einen integrierten Baustein zur Strahlungsgenerierung im Submillimeter-Bereich, wobei der Baustein ein Array von N photoleitenden Schaltern aufweist, die über eine gemeinsame Spannungsquelle vorgespannt sind und wobei ein optischer Wegunterschied von einem gemeinsamen optischen Puls einer Repetitionsrate auf eine
BESTÄTEGUNGSKOPIE unterschiedliche optische Verzögerung für jeden der Schalter zur Verfügung stellt. Die Triggerung der N- Schalter erfolgt über einen entlang dem gesamten Array der N-Schalter wandernden Puls bis zu einer einzigen Antenne, welche als eine Punktquelle Submillimeter-Strahlung sphärisch in alle Richtung abstrahlt.
Demgegenüber weisen THz-Antennen-Arrays der eingangs genannten Art aus einer Anzahl von THz-Antennen oder THz- Antennenstrukturen eine verbesserte Leistung und Modulier- barkeit derselben sowie eine verbesserte Richtcharakteristik auf. Eine THz-Antenne oder THz-Antennenstruktur weist grundsätzlich zwei beabstandete Elektroden mit einem dazwischenliegenden photoleitenden Material, d.h. in der Regel einem Bereich mit halbleitendem Material, in dem optisch Ladungsträger generierbar sind, auf. Die einzelnen THz-Antennen oder THz-Antennenstrukturen haben dabei in der Regel mikroskopische Maße. Problematisch ist dabei die Entkopplung der einzelnen THz-Antennen als Elemente des Arrays, um eine destruktive Interferenz des THz-Fernfeldes zu vermeiden - in der Regel, z.B. bei Fingerstrukturen, sind benachbarte Elemente des Arrays, z.B. jeweils zwei Finger mit dazwischenliegendem photoleitenden Material, gegenpolig vorgespannt. Dazu sind bislang unterschiedliche Möglichkei- ten einer Entkopplung der einzelnen Elemente des Arrays vorgesehen.
In dem Artikel von Saeedkia et.al., "Analyses and Design of a Continuous-Wafe Terahertz Photoconductive Photomixer Array Source", IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNA AND PROPAGATION, Vol. 53, No. 12, December 2005 wird die Möglichkeit einer ortsabhängigen Modulation der optischen Anregung mittels Frequenzmischen von zwei Lasern beschrieben. Die durch das Frequenzmischen erreichte optische Intensi- tätsmodulation erzeugt THz-Strahlung emittierende Ladungsträger nur in denjenigen Antennenstrukturen oder Antennen als Elemente des Arrays, in denen die Ladungsträger einem elektrischen Feld gleicher Richtung unterliegen. Dies sorgt für eine konstruktive Interferenz im THz-Fernfeld. Allerdings setzt dies voraus, dass die optische Anregungsmodula- tion möglichst exakt auf die Anordnung der THz-Antennen im THz-Antennen-Array angepasst ist. Diese Methode erweist sich deshalb als vergleichsweise unflexibel, aufwändig und fehleranfällig. Darüber hinaus sind zusätzliche Komponenten zum Zwecke des Frequenzmischens notwendig. Gleiches gilt für Ansätze, welche die Erzeugung eines binären Gitters zur Anregungsmodulation nutzen.
In dem Artikel von Dreyhaupt et.al., "High-intensity terahertz radiation from a microstructured large-area photoconductor", in APPLIED PHYSICS LETTERS 86, 121114 (2005) , wird dieser Nachteil dadurch beseitigt, dass die optische Anregung in bestimmten Bereichen zwischen den THz- Antennen eines THz-Antennen-Arrays durch optisch absorbierende Materialien unterbunden wird. Dabei können THz-emit- tierende Ladungsträger nur in solchen Bereichen des THz- Antennen-Arrays optisch generiert werden, in denen sie einem gleichgerichteten elektrischen Feld unterliegen. Das grundsätzlich zwischen allen benachbarten Elektroden vorhandene photoleitende Material - in der Regel das Substrat wird durch darüberliegendes optisch absorbierendes Material abgedeckt. Nachteilig dabei ist, dass die Herstel- lung solcher Strukturen vergleichsweise aufwändig ist, da u.a. zwei zusätzliche Materialschichten zur optischen Abschottung geeigneter Bereiche des THz-Antennen-Arrays deponiert werden müssen - dabei handelt es sich wenigstens um eine elektrische Isolationsschicht zur Isolierung von Elektroden benachbarter THz-Antennen und eine darauf zu deponierende lichtundurchlässige Schicht, die in der Regel als eine Metallschicht ausgeführt ist. Eine Querschnittsdarstellung eines solchen THz-Antennen-Arrays ist in Fig. 1 angegeben. Die dort genannten zusätzlichen optisch abschot- tenden Schichten können grundsätzlich die Leistung der Antennen-Anordnung negativ beeinflussen. Es hat sich gezeigt, dass der Dunkelstrom vergleichsweise hoch ist, da in den abgeschotteten Bereichen des THz-Antennen-Arrays in der Re- gel mehr als 50 % des gesamten Dunkelstroms generiert wird. Dies führt zu einem höheren Energieverbrauch des THz-Anten- nen-Arrays im Falle eines THz-Emitters bzw. zu einer geringeren Empfindlichkeit im Falle eines THz-Detektors . Darüber hinaus hat sich die Herstellung eines solchen Arrays als vergleichsweise aufwändig erwiesen.
Wünschenswert wäre eine vereinfachte Struktur und eine vereinfachte Herstellung eines THz-Antennen-Arrays der ein- gangs genannten Art.
An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, ein THz-Antennen-Array und ein Herstellungsverfahren anzugeben, das verbesserte Eigenschaften hat, insbesondere vereinfacht gegenüber den bekannten Arrays und Herstellungsverfahren ist.
Betreffend das THz-Antennen-Array wird die Aufgabe durch die Erfindung mittels dem THz-Antennen-Array der eingangs genannten Art gelöst, bei dem erfindunsgemäß ein lateraler Bereich zwischen benachbarten THz-Antennen des Arrays praktisch nicht-photoleitend ausgebildet ist, d.h. eine Photoleitung im Vergleich zu einem Bereich einer THz-Antenne nicht vorhanden sein kann oder ist oder vernachlässigbar klein ist. Insbesondere ist dazu vorgesehen, dass ein lateraler Bereich zwischen benachbarten THz-Antennen des Arrays praktisch frei von photoleitendem Material ist. Mit anderen Worten: benachbarte THz-aktive Elemente des Arrays, d.h. THz-Antennen oder Strukturen, sind per se hinsichtlich der Photoleitung voneinander isoliert - dies im Unterschied zu üblichen Strukturen der eingangs erläuterten Art, bei denen auch Bereiche zwischen benachbarten THz-aktiven Elementen photoleitend sind.
Betreffend das Herstellungsverfahren wird die Aufgabe durch die Erfindung mit einem Herstellungsverfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem erfindungsgemäß ein Ausgangsmaterial mit einem photoleitenden Bereich bereitgestellt wird,
die Elektroden auf dem photoleitenden Bereich strukturiert werden,
ein lateraler Bereich zwischen benachbarten THz-An- tennen des Arrays nicht-photoleitend ausgebildet wird, in dem ein Teil des photoleitenden Bereiches im lateralen Bereich zwischen benachbarten THz-An- tennen des Arrays entfernt wird,
die so entstandene Struktur des THz-Antennen-Arrays vom Ausgangsmaterial abgehoben und auf ein Substrat transferiert wird.
Das Konzept der Erfindung sieht somit eine direkte Entkopplung der THz-aktiven Elemente des Arrays, also der THz- Antennen oder THz-Antennenstrukturen vor, gemäß der ein lateraler Bereich zwischen benachbarten T'Hz-Antennen des Arrays praktisch nicht-photoleitend ausgebildet ist. Die Erfindung hat dabei erkannt, dass dadurch eine optische Generierung von photoleitenden Ladungsträgern im lateralen Bereich zwischen benachbarten THz-Antennen des Arrays per se unmöglich bzw. vernachlässigbar klein ist, so dass in diesen Bereichen per se keine THz-Abstrahlung erfolgen kann, die zu einer destruktiven Fernfeld-Interferenz beitragen könnte. Dadurch können vorteilhaft zusätzliche Maßnahmen einer Antennen-Entkopplung, wie die ortsabhängige Modulation der optischen Anregung, sei es durch binäre Gitter, Frequenzmischen, oder eine optische Abschottung der lateralen Bereiche zwischen benachbarten THz-Antennen, entfallen. Dieser Überlegung folgend, sieht die Erfindung vor, dass ein Teil des photoleitenden Bereichs im lateralen Be- reich zwischen benachbarten THz-Antennen des Arrays entfernt, insbesondere vollständig entfernt wird. Ein entsprechendes THz-Antennen-Array weist im letzteren Fall insbesondere einen photoleitenden Bereich auf, der auf eine laterale Ausdehnung beschränkt ist, die nicht wesentlich über die laterale Ausdehnung des Abstandsbereiches oder über die laterale Ausdehnung des Abstandsbereiches und der Elektroden hinausgeht. Die gemäß dem erfinderischen Konzept vorgesehenen THz-Antennen-Arrays und das entsprechende Herstellungsverfahren nutzen in erfinderischer Weise das Prinzip des epitaktischen Abhebeverfahrens unter Verwendung von vergleichsweisen dünnen photoleitenden Filmen. Die Elemente des Arrays bildenden THz-Strahlung emittierenden oder detektierenden Strukturen gemäß dem Konzept der Erfindung lassen sich somit besonders flexibel und mit geringem Aufwand und ohne zusätzliche Komponenten an verschiedenste optische Systeme mit ganzflächiger optischer Anregung anpassen. Es hat sich gezeigt, dass die Emissionsleistung bzw. Detektionsempfindlichkeit im Vergleich zu bisher bekannten THz-Antennen-Arrays optimiert ist. Es hat sich gezeigt, dass sich ein THz-Antennen-Array gemäß dem Konzept der Erfindung in der Regel einen um wenigstens 50 % verringerten Dunkelstrom aufweist, was zusätzlich den Verbrauch bzw. die Empfindlichkeit eines Detektors erhöht. Darüber hinaus sind die eingangs genannten Nachteile des Standes der Technik weitgehend vermieden. Sollte im Rahmen spezieller Anwendungen dennoch eine zusätzliche ortsabhängige Modulation der optischen Anregung gewünscht sein, bietet das vorgeschlagene Konzept den Vorteil eines vergrößerten Toleranzbereiches zur Justierung einer optischen frequenzmischenden Anregung oder eines binären Gitters. Zusätzliche optisch abschottende Materialschichten sind in der Regel nicht notwendig. Die Herstellung des THz-Antennen-Array ge- maß dem Konzept der Erfindung lässt sich besonders effektiv und kostengünstig realisieren.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung, sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren. Es hat sich gezeigt, dass aufgrund des in Herstellungsverfahren bevorzugt eingesetzten epitaktischen Abhebeverfahrens für eine prozessierte Struktur eines THz-Antennen- Arrays vom Ausgangsmaterial ein Halbleitermaterial als Trägersubstrat grundsätzlich nicht mehr zwingend ist. Es können im Rahmen von Weiterbildungen Trägersubstrate eingesetzt werden, die für eine entsprechende Anwendung optimierte Eigenschaften besitzen. Insbesondere hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass ein lateraler Bereich zwischen benachbarten THz-Antennen des Arrays im THz-Frequenzbereich vergleichsweise absorptions- und/oder dispersionsarm ist. Darüber hinaus kann ein lateraler Bereich zwischen benachbarten THz-Antennen des Arrays auch optisch transparent und/oder nicht leitend ausgebildet sein. Die elektrischen Verluste bzw. Dispersionseffekte können vorteilhaft sowohl im THz-Frequenzbereich als auch im optischen Bereich weitgehend vermieden werden. Als besonders vorteilhaft in diesem Zusammenhang hat es sich erwiesen, dass der laterale Bereich zwischen benachbarten THz-Antennen-Arrays mittels eines Substrates,- insbesondere mittels eines Saphir- oder Quarzglas-Substrates, gebildet ist. Soweit das Substrat nicht notwendigerweise optisch transparent sein muss, eignet sich beispielsweise auch undotiertes Silizium, da dieses vergleichsweise absorptions- und/oder dispersionsarm im THz-Bereich ist.
Bevorzugterweise ist der laterale Bereich zwischen benachbarten THz-Antennen - insbesondere auf einer Depositions- höhe des photoleitenden Bereiches und/oder der Elektroden - materialfrei, d.h. ein lateraler Bereich zwischen benachbarten THz-Antennen des Arrays wird im Rahmen des Herstellungsverfahrens praktisch vollständig entfernt.
Ein THz-Antennen-Array gemäß dem Konzept, insbesondere ge- maß der genannten Weiterbildungen der Erfindung sind vorteilhaft zur kollektiven impulsiven optischen Anregung im photoleitenden Bereich optimiert ausgelegt, vorzugsweise - je nach photoleitendem Material - bei einer Energie ober- halb von 0.9 eV. Die optische Anregung erfolgt bevorzugterweise mittels eines Femtosekunden-Laserpulses, insbesondere in einem Wellenlängenbereich zwischen 650 nm bis 1200 nm, vorzugsweise zwischen 750 nm und 850 nm. Insbesondere ist eine THz-Antenne mittels einer Metall-Halbleiter-Metall- struktur (MSM-Struktur) gebildet, bei welcher die Elektroden als Metall und der photoleitende Bereich als Halbleiter gebildet ist. Der photoleitende Bereich ist besonders vorteilhaft mittels LT-GaAs gebildet. Die für die THz-Strah- lungsemission bzw. -detektion relevanten Eigenschaften der Leitungsträger im photoleitenden Bereich werden dadurch besonders vorteilhaft einstellbar.
Darüber hinaus haben sich im Rahmen des Konzeptes der Er- findung unterschiedliche vorteilhafte Geometrien einer THz- Antenne für das genannte THz-Antennen-Array herausgestellt.
In einer besonders bevorzugten ersten Variante weist der photoleitende Bereich wenigstens eine unterhalb der Elek- troden angeordnete photoleitende Schicht auf, insbesondere' eine Schicht, die sich über die laterale Ausdehnung des Abstandsbereiches und der Elektroden erstreckt.
Zusätzlich oder alternativ weist im Rahmen einer besonders bevorzugten zweiten Variante der photoleitende Bereich wenigstens eine, gegebenenfalls nur zwischen den Elektroden angeordnete photoleitende Schicht auf, insbesondere eine Schicht, die sich gegebenenfalls nur über die laterale Ausdehnung des Abstandsbereiches erstreckt.
Es hat sich darüber hinaus gezeigt, dass der photoleitende Bereich vorteilhaft auf eine Dicke von 10 μm, vorzugsweise 5 μm, vorzugsweise 2 μm, vorzugsweise 1 μm, beschränkt ist. Insbesondere hat sich gezeigt, dass der photoleitende Be- reich vorteilhaft eine Dicke von wenigstens 0,5 μm aufweist . Besonders bewährt im Rahmen des Konzeptes der Erfindung haben sich THz-Antennen, die mittels Elektroden in Form einer Fingerstruktur gebildet sind. In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann ein Finger der Fingerstruktur eine Geometrie aufweisen, die zur Ausbildung eines THz-Resonators beiträgt. So können resonante Überhöhungen bestimmter THz-Frequenzbereiche erreicht werden. Besonders vorteilhaft weist dazu der Finger der Fingerstruktur in seiner lateralen Ausdehnung eine T-förmige, vom photoleitenden Bereich wegweisende, Geometrie auf.
Im Rahmen einer weiteren, besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann mindestens eine erste Anzahl von THz-Antennen im Vergleich zu einer zweiten Anzahl von THz- Antennen auf unterschiedlichem Potenzial liegen. Dies eröffnet eine zusätzliche Möglichkeit der Abstrahlmodulation durch Potenzialsteuerung der THz-Antennen. Im Rahmen dieser besonders bevorzugten Weiterbildung führt die Erfindung auch auf ein System aus einer Anzahl von THz-Antennen- Arrays der oben erläuterten Art, bei dem mindestens eine erste Anzahl von THz-Antennen-Arrays auf unterschiedlichem Potenzial im Vergleich zu einer zweiten Anzahl von THz-Antennen-Arrays liegt.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der THz-Antennen- Arrays sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen und dienen vor allem der Erhöhung der Effizienz. Dies wird allein oder in Kombination unterschiedlicher Maßnahmen im Array-Design und/oder Antennen-Design, der optischen Anregungsverbesserung und einer Funktionalisierung der Schichten und/oder Oberflächen des THz-Antennen-Arrays und/oder der THz-Antenne erreichbar. Vorzugsweise wird ein Abstand von THz-Antennen vergleichsweise groß gewählt, insbesondere bei λ/2. Eine Mikrolinse oder Mikrolinsen- Array kann zur Fokussierung und Ausrichtung der optischen Anregung vorgesehen sein. Eine funktionalisierte Anordnung von Nanopartikeln hoher Dielektrizitätszahl kann der Feldverstärkung dienen. Hinsichtlich des Herstellungsverfahrens sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstel- lung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.
In einer ersten bevorzugten Weiterbildung der Erfindung können im Rahmen der Elektrodenstrukturierung Metallschichten mittels Verdampfung deponiert werden und ein Abheben nicht benötigter elektrodischer Flächen erfolgen. In einer zweiten alternativen oder zusätzlichen Weiterbildung kann die Elektrodenstrukturierung auch mittels chemischen Ätzens nicht benötigter elektrodischer Flächen erfolgen.
In bevorzugter Weise wird der photoleitende Bereich auf eine laterale Ausdehnung beschränkt, die nicht wesentlich über die laterale Ausdehnung des Abstandsbereiches oder über die laterale Ausdehnung des Abstandsbereiches und der Elektroden hinausgeht. Bevorzugterweise erfolgt das Entfer- nen des Teiles des photoleitenden Bereiches mittels chemischen Ätzens eines lateralen Bereiches zwischen benachbarten THz-Antennen des Arrays .
Das Abheben der so entstandenen Struktur des THz-Antennen- Arrays vom Ausgangsmaterial erfolgt vorteilhafterweise mittels chemischen Ätzens eines Opferbereiches unterhalb des photoleitenden Bereiches.
Weitere bevorzugte Herstellungsschritte sind den Unteransprüchen zu entnehmen und dienen vorteilhaft einer Erhöhung der Effizienz.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung im Vergleich zum Stand der Technik, welcher zum Teil ebenfalls dargestellt ist, beschrieben. Dieser soll die Ausführungsbeispiele nicht maßgeblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen.
Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend Form und Details einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den An- Sprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im folgenden gezeigten und beschriebenen Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein.
Zum weiteren Verständnis der Erfindung werden nun in Bezug auf die Figuren der Zeichnung bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
Fig. 1: ein THz-Antennen-Array im Querschnitt, wie es im eingangs genannten Artikel von Dreyhaupt et.al. beschrieben ist;
Fig. 2: eine erste Ausführungsform eines THz-Antennen- Arrays im Querschnitt gemäß dem Konzept der Erfindung;
Fig. 3: eine zweite Ausführungsform eines THz-Antennen- Arrays im Querschnitt gemäß dem Konzept der Er- findung;
Fig. 4: eine Draufsicht auf die Ausführungsformen gemäß Fig. 2 und Fig. 3;
Fig. 5: • eine Mikroskopieaufnahme von Strukturen für
THz-Antennen-Arrays gemäß dem Konzept der Erfindung vor dem epitaktischen Abheben vom Halbleiterausgangsmaterial;
Fig. 6: die Strukturen der Fig. 5 als THz-Antennen- Arrays nach dem Transferieren auf ein optisch transparentes Substrat;
Fig. 7: eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungs- form eines THz-Antennen-Arrays zur Bildung von
Resonatorelementen;
Fig. 8: eine schematische Veranschaulichung des Herstellungsverfahrens für eine bevorzugte Ausführungsform; Fig. 9: eine schematische Veranschaulichung des Anregungs- und Emissionsverfahrens für eine bevorzugte Ausführungsform;
Fig. 10: eine schematische Veranschaulichung des Anregungs- und Emissionsverfahrens für eine weitere bevorzugte Ausführungsform;
Fig. 11: die weitere bevorzugte Ausführungsform in einer dreidimensionalen, halbtransparenten schematischen Darstellung;
Fig. 12: eine beispielhafte Ausführung einer funktionalisierten Oberfläche einer THz-Antenne mit Nanopartikeln als AFM-Aufnähme .
Fig. 1 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines bekannten THz-Emitters gemäß dem eingangs genannten Artikel von ' Dreyhaupt et.al.. Zwei ineinandergreifende Fingerelektroden 11 werden mittels optischer Lithographie auf der Oberfläche eines halbleitenden GaAs-Wafers 12 prozessiert. Die Abstände der Finger der Fingerelektrode 11 betragen 5 μm. Die Metallisierung einer Fingerelektrode 11 besteht aus 5 nm Chrom und 200 nm Gold. Eine opake weitere Metallisierung in Form einer optisch transparenten Metallschicht 14 aus Chrom-Gold bedeckt jeden zweiten Finger- elektrodenabstand. Diese zweite Metallschicht 14 ist von der ersten Metallschicht der Fingerelektrode 11 durch eine Isolationsschicht 13 in Form einer Polyimidschicht von etwa 2 μm oder einer Siliziumoxidschicht von 560 nm Dicke isoliert. Das Substrat in Form des GaAs-Wafers 12 hat eine Dicke von etwa 500 μm. Wenn die Fingerelektroden 11 vorgespannt werden, wird die elektrische Feldrichtung zwischen jeweils aufeinanderfolgenden Fingern der Fingerelektroden 11 umgekehrt. Aufgrund der zweiten opaken und optisch nicht transparenten Metallschicht 14 auf den jeweiligen Fingerelektroden 11 findet eine optische Anregung nur in denjeni- gen grundsätzlich vollständig photoleitenden Bereichen des photoleitenden Substrates 12 statt, welche die gleiche Feldrichtung aufweisen. Nach einer optischen Anregung werden somit die nur in einigen Bereichen erzeugten Photo- leitungsträger unidirektional über den gesamten optisch angeregten Bereich des vollständig photoleitenden Substrats beschleunigt, so dass die vom photoleitenden Substrat 12 emittierte THz-Strahlung im Fernfeld konstruktiv interferiert.
Zur Vermeidung der in Fig. 1 zusätzlich erforderlichen Be- schichtungen 13, 14 - insbesondere zur Erreichung einer einfacheren Darstellung eines THz-Antennen-Arrays und eines entsprechend vereinfachten Herstellungsverfahrens - sieht das Konzept der Erfindung ein THz-Antennen-Array 20, 30, 40 vor, bei dem ein lateraler Bereich zwischen benachbarten THz-Antennen praktisch nicht-photoleitend ausgebildet ist, d.h. eine Photoleitung im Vergleich zu einem Bereich einer THz-Antenne nicht vorhanden sein kann oder ist oder ver- nachlässigbar klein ist. Dies wird, wie anhand von Fig: 1 bis Fig. 8 beschrieben, dadurch erreicht, dass ein lateraler Bereich zwischen benachbarten THz-Antennen frei von photoleitendem Material ist.
Eine erste bevorzugte Ausführungsform gemäß diesem Konzept ist in Fig. 2 gezeigt. Fig. 2 zeigt ein THz-Antennen-Array 20 im Querschnitt, mit einer Anzahl von THz-Antennen 29, wobei eine THz-Antenne 29 einen photoleitenden Bereich 22 und eine erste Elektrode 21A sowie eine zweite Elektrode 21B aufweist. Die Elektroden 21A, 21B sind über einen Abstandsbereich 24 beabstandet angeordnet, der sich lateral über wenigstens einen Teil des photoleitenden Bereiches 22 erstreckt. Gemäß dem Konzept der Erfindung ist der laterale Bereich 25 zwischen benachbarten THz-Antennen 22 des Arrays 20 nicht photoleitend ausgebildet. Die vorliegende Ausführungsform sieht im Bereich 25 kein photoleitendes Material vor. Vorliegend ist der photoleitende Bereich 22 auf eine laterale Ausdehnung beschränkt, die nicht über die laterale Ausdehnung des Abstandsbereiches 24 und der Elektroden 21A, 21B hinausgeht. Der photoleitende Bereich ist aus LT-GaAs gebildet, welches eine für die THz-Abstrahlung vorteilhaft niedrige Ladungsträgerlebensdauer aufweist. Dies ist ein zusätzlicher Vorteil gegenüber dem üblicherweise zu verwendenden GaAs-Substrat als photoleitendes Material, das demgegenüber dem LT-GaAs eine vergleichsweise hohe Ladungsträgerlebensdauer und vergleichsweise nachteilige Dispersions- und Dämpfungseigenschaften hat. Die Dicke der Elekt- roden 21A, 21B beträgt etwa 200 nm. Die Dicke des photoleitenden Bereiches beträgt etwa 1.000 nm und liegt damit deutlich unterhalb üblicherweise verwendeter photoleitender Schichten. Die Dicke des Substrates liegt im Bereich von 500 μm. Das Substrat ist bei der in Fig. 2 gezeigten Aus- führungsform als optisch transparentes nicht leitendes Substrat in Form eines Saphir-Substrates 23 ausgebildet. Dieses weist eine besonders niedrige Dispersion und Dämpfung sowohl im THz- als auch im optischen Frequenzbereich auf.
Fig. 3 zeigt eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsform eines THz-Antennen-Arrays 30, wiederum mit einer Anzahl von THz-Antennen 39, wobei eine THz-Antenne 39 einen photoleitenden Bereich 32 und eine erste Elektrode 31A und eine zweite Elektrode 31B aufweist, die über einen Abstandsbereich 34 beabstandet angeordnet sind, der sich lateral über wenigstens einen Teil des photoleitenden Bereiches 32 erstreckt. Die THz-Antennen 39 sind auf einem undotierten Siliziumsubstrat 33 aufgebracht. Die Dicken der Schichten sind ähnlich wie die in Fig. 2 ausgebildet.
Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform sind die Elektroden 31A, 31B "versenkt". Im Unterschied zu der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform weist der photoleitende Bereich 34 zusätzlich zu der wie in Fig. 2 unterhalb der Elektroden 31A, 31B angeordnete Schicht 32A, die sich über die laterale Ausdehnung des Abstandsbereiches 34 und der Elektroden 31A, 31B erstreckt, eine weitere photoleitende Schicht 32B auf. Der photoleitende Bereich weist auch eine zwischen den Elektroden 31A, 31B angeordnete Schicht 32B auf, die sich vorliegend nur über die laterale Ausdehnung des Abstandsbereiches 34 erstreckt.
Fig. 4 zeigt die in Fig. 2 und Fig. 3 im Querschnitt gezeigten Ausführungsformen in einer Draufsicht, wobei entsprechend gleiche Bezugszeichen verwendet sind. Dabei ist die Fingerstruktur der Elektroden 21A, 21B, 31A, 31B er- sichtlich.
Fig. 5 zeigt eine Mikroskopieaufnahme einer Struktur für ein THz-Antennen-Array gemäß der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform, d.h. das THZ-Antennen-Array vor dem epi- taktischen Abheben vom Ausgangsmaterial, mit einem dazugehörigen Maßstab.
Bei dem Herstellungsverfahren wird das Ausgangsmaterial wie in Fig. 8a schematisch gezeigt, bereitgestellt. Vorliegend ist dies ein GaAs-Substrat 51 mit einer epitaktisch aufgebrachten Heterostrukturschicht aus lOOnm GaAs (nicht gezeigt) , lOOnm AlAs 52 als Opferschicht und einer Schicht 53 aus LT-GaAs im Bereich zwischen 500 und 2000nm.
Die in Fig. 8b gezeigte Elektrodenstrukturierung in Form einer Fingerstruktur 54 kann zum einen mittels Aufschleudern eines Photolackes und nachfolgender Lithographie erfolgen. Danach erfolgt eine Metallbedampfung des Elektrodenmaterials und danach ein Abheben (Lift-Off) der nicht benötigten Metallfläche durch Lösen des Photolackes in Azeton. In einer anderen Vorgehensweise kann zunächst die Me- tallbedampfung erfolgen und danach ein Aufschleudern des Photolackes und folgender Lithographie vorgesehen sein. Danach folgt ein nass-chemisches Ätzen der nicht benötigten elektrodischen Metallflächen.
In der in Fig. 5 gezeigten Stufe des Verfahrens ist zudem ein Photolack aufgeschleudert worden mit nachfolgender Lithographie. Danach sind die LT-GaAs lateralen Bereiche zwischen benachbarten THz-Antennen des Arrays, wie in Fig. 8c gezeigt, nass- oder trocken-chemisch ätzend entfernt worden .
Wie in Fig. 8d gezeigt, erfolgt ein epitaktisches Abheben (epitaxial Lift-Off) der gesamten in Fig. 5 gezeigten An- tennen-Array-Struktur 52 erfolgt durch nass-chemisches Ätzen der AlAs-Opferschicht, beispielsweise in Fluorsäure.
In Fig. 6 ist das THz-Antennen-Array der Fig. 5 nach dem in Fig. 8e veranschaulichten Transfer auf ein nicht näher bezeichnetes Trägersubstrat 55 gezeigt. Dies kann undotiertes Silizium sein, welches vergleichsweise wenig Absorption und Dispersion im THz-Bereich aufweist oder optional auch ein zusätzlich optisch transparentes Substrat wie Saphir oder Quarzglas sein. Das fertige THz-Antennen-Array am Ende des Herstellungsverfahrens ist in Fig. 8f veranschaulicht.
Die in Fig. 5 und Fig. 6 gezeigten Mikroskopie-Aufnahmen sind Ausschnitte. Es werden vergleichsweise hohe Stückzahlen im Rahmen der Herstellung dadurch erreicht, dass eine hohe Anzahl von Antennen-Arrays auf einem GaAs-Ausgangssub- strat 51 parallel prozessiert werden.
Fig. 7 zeigt eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsform eines THz-Antennen-Arrays 40 gemäß der Erfindung in schematischer Draufsicht, ähnlich der in Fig. 4. Wiederum ist die Fingerstruktur der Elektroden 41A, 41B mit dem da- zwischenliegenden Abstandsbereich 44 veranschaulicht, der sich lateral über wenigstens einen Teil des photoleitenden Bereiches 42 erstreckt. Die THz-Antennen 49 des Arrays 40 sind auf einem undotierten Siliziumsubstrat 43 gemäß dem anhand von Fig. 5 und Fig. 6 erläuterten Herstellungsver- fahren aufgebracht. Die fingerartigen Elektroden 41A, 41B der Fingerstruktur weisen in ihrer lateralen Ausdehnung eine T-förmige vom photoleitenden Bereich weg weisende Geometrie 46 auf, die zur Ausbildung eines THZ-Resonators - der quadratähnliche Bereich 48 zwischen den Elektroden 41A, 41B - beiträgt.
Darüber hinaus kann in nicht näher dargestellter Weise eine erste Anzahl von THz-Antennen 49' im Vergleich zu einer zweiten Anzahl von THz-Antennen 49' ' auf ein unterschiedliches Potenzial gelegt werden. Dadurch können u.a. die genannten Resonatoren 46 unterschiedlich angesteuert und/oder die Abstrahlcharakteristik des gesamten Arrays vorteilhaft moduliert werden.
Der betreffend die Herstellung der oben beschriebenen THz- Antennen-Arrays 20, 30, 40 beschriebene mikrotechnologische Ansatz kann darüber hinaus durch einen Einsatz von Nanotechnologie-, Photonik- und Mikrosystem-Verfahren in Bezug auf eine erzielbare THz-Ausgangssignalleistung um vorzugsweise mindestens eine Größenordnung verbessert werden, wobei die Herstellungskosten jedoch nur unwesentlich berührt sind. Dazu zeigt Fig. 9 eine schematische Darstellung der oben beschriebenen THz- Antennen-Arrays 20, 30, 40 - hier ausschnittsweise eine THz-Antenne 29, 39, 49, 49', 49'' derselben, bei einer dunkel dargestellten optischen Anregung 51, insbesondere im photoleitenden Bereich 22, 32, 42, welche bereits gemäß der Verbesserung zwischen der ersten Elektrode 21A, 31A, 41A und der zweiten Elektrode 21B, 31B, 41B fokussiert ist und zu einer hell dargestellten THz-Emission 53 durch das THz- transparente nicht näher dargestellte Substrat nach unten, d.h. von der Anregungsseite kommend in Durchstrahlrichtung führt. Dieses weiterbildende Konzept einer fokussierten optischen Anregung lässt sich durch eine vorliegend nicht näher dargestellte Anordnung einer Mikrolinse anregungsseitig zur THz-Antenne erreichen. Durch eine Vergrößerung des Abstandes zweier in Fig. 9 nicht näher dargestellter benachbarter THz-Antennen, beispielsweise wie hier in Form einer Metall-Halbleiter-Metall-Anordnung (MSM- Antenne) auf vorliegend von Mitte zu Mitte benachbarter Antennen gemessenen Länge von A2, bezogen auf THz- Wellenlänge, kann der Richtfaktor eines THz-Antennen-Arrays erheblich verbessert werden. Diese und andere Verbesserungen sind in Fig. 10 und Fig. 11 dargestellt und betreffen erstens das Bauelement-Design und zweitens die optische Anregung und drittens eine Effizienzsteigerung durch eine Funktionalisierung der Halbleiteroberfläche mit Hilfe von metallischen Nanopartikeln. Diese werden vorliegend bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines THz-Antennen-Arrays 50 realisiert und nutzen in verbesserter Weise das Potential der klassischen Feldtheorie für die Antennen-Arrays aus. Vorliegend ist durch eine Vergrößerung des Abstandes D einzelner MSM- Antennen-Elemente 59, beispielsweise solcher, wie sie in Fig. 9 oder in den vorherigen Figuren dargestellt sind, von beispielsweise λ/20 auf eine Länge von λ/2 bezogen auf die Wellenlänge der THz-Strahlung, kann der Richtfaktor der Anordnung des THz-Antennen-Arrays 50 erheblich verbessert werden, wodurch die optischen Verluste im umgebenden Gesamtsystem deutlich reduziert werden. Der Richtfaktor hängt auch von der elektromagnetischen Kopplung der Einzelantennen 59, die ebenfalls durch vorteilhafte Maßnahmen wie Brechungsindexanpassungen oder ähnlichem verbessert werden können. Durch die oben genannte Maßnahme einer Vergrößerung des Abstandes D einzelner MSM-Antennen- Elemente 59 kann der Richtfaktor gegebenenfalls bis zu einer Größenordnung oder darüber hinaus erhöht werden.
Die Vergrößerung des Antennen-Abstandes D bedeutet gegebenenfalls auch eine Vergrößerung inaktiver Zwischenflächen, d.h. eine Vergrößerung der Abstandsbereiche 24, 34, 44 wie sie in den vorhergehenden Figuren beschrieben wurden. Dem in Fig. 9 erläuterten Konzept einer Fokussierung mit Hilfe einer Mikrolinse folgend ist in der in Fig. 10 dargestellten Ausführungsform eines THz-Antennen-Arrays 50 ein Mikrolinsen-Array 55 anregungsseitig oberhalb einer THz-Antenne 59 in dem THz- Antennen-Array 50 und dem Mikrolinsen-Array 55 umfassenden Bauelement integriert. Das Mikrolinsen-Array 55 fokussiert die optische Anregung 51 in Form des optischen Anregestrahls auf die periodisch angeordneten Antennen 59 des THz-Antennen-Arrays. Auf diese Weise ist es möglich, wie in Fig. 10 dargestellt, nur aktive Bereiche, d.h. Abstandsbereiche 24, 34, 44, wie in den vorhergehenden Figuren dargestellt, zu beleuchten und somit die optische Anregungsenergie effizienter zu nutzen. Dazu kann ein speziell auf das THz-Antennen-Array 50 vorgesehenes Mikrolinsen-Array entworfen werden, die dem geforderten Antennen-Abstand D entsprechen. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass bei einer Fokussierung der optischen Anregung 51 auf den Abstandsbereich 24, 34, 44 zwischen die Elektroden 21A, 31A, 41A einerseits und 21B, 31B, 41B andererseits es möglich wird, den tatsächlichen Flächenbedarf des Fokus geringer zu gestalten als die Ausdehnung des Abstandsbereichs 24, 34, 44. Es hat sich herausgestellt, dass durch diese Art einer unterhalb der Ausdehnung des Abstandsbereichs liegenden Fokussierung der optischen Anregung 51 erzeugte Ladungsträger im Abstandsbereich 24, 34, 44 ein größeres' Volumen zur Verfügung haben und damit Screening-Effekte verringert werden, was wiederum zu einer Erhöhung der Effizienz führt. Es kann auch vorteilhaft sein, die optische Fokussierung eher in Anodennähe einzurichten als eine mittige Fokussierung oder gar eine Fokussierung in Kathodennähe, da auch dadurch Screening-Effekte vergleichsweise geringer gehalten werden und somit die Effizienz einer THz-Emission erhöhbar ist. Eine weitere Verbesserung der THz- Signalerzeugung lässt sich, wie vorliegend im Rahmen einer Modifizierung beispielsweise der Halbleiteroberfläche, in Form einer deponierten Schicht, bestehend aus voneinander getrennten Gold-Nanopartikeln, erreichen. Metallische wie auch andere Materialien mit hoher Dielektrizitätszahl in Form von Partikeln mit Durchmessern im Bereich einiger Nanometer werden vorliegend neben einer Erhöhung der Sensoroberfläche auch zur Beeinflussung der Felddynamik der durch die optische Anregung erzeugten Ladungsträger genutzt. Konkret wird vorliegend durch die Anregung einer Oberflächenplasmon-Resonanz erreicht, das in Abhängigkeit der Partikelgröße und Dichte unterschiedliche Absorptionseigenschaften erzeugt werden können. In unmittelbarer Nähe solcher metallischer Nanopartikel treten bei plasmonischer Anregung hohe Feldstärken auf, die z.B. zur Steigerung der Sensitivität des vorliegenden THz- Antennen-Arrays genutzt werden kann. Es ist vorliegend im Rahmen dieser Weiterbildung erkannt worden, dass die optischen Plasmon-Resonanzeigenschaften der metallischen Nanopartikel in der Schicht 61 zur Steigerung der Konversionseffizienz genutzt werden kann. Vorliegend dient dies der Erhöhung der photokonduktiven Effizienz des als Emitter ausgelegten THz-Arrays 50 bzw. zur Erhöhung der Sensitivität auch eines photokonduktiven Detektors . Eine dreidimensionale Darstellung des THz-Antennen-Arrays 50 von Fig. 10 ist in Fig. 11 gezeigt. Das Mikrolinsen-Arrays 55 kann, wie erläutert, mit dem THz-Antennen-Array 50, zu einem THz-emittierenden Bauelement integriert werden. Vorliegend ist eine Anordnung von THz-Antennen als Fingerstruktur in Fig. 11 schematisch dargestellt und darüber in Extrapolationsdarstellung die nano-skalierte, funktionalisierte Oberfläche 61.
Im vorliegenden Fall kann eine solche Oberfläche 61 als kostengünstiger Prozess, z.B. im Rahmen einer Abscheidung von Gold-Nanopartikeln auf einer SiO2-Oberflache erreicht werden. Ein solches Beispiel ist in Fig. 12 dargestellt.
Mit Hilfe eines Elektronenstrahl-Verdampfungsprozesses wurden Goldpartikel mit einer Höhe von 2 Nanometer und einem Durchmesser von 3 bis 6 Nanometer mit einem mittleren
Abstand von ca. 20 Nanometer hergestellt. Fig. 12 zeigt dazu eine AFM-Aufnähme, welche die deutliche Separierung der Au-Partikel veranschaulicht, die in besonderer Weise geeignet ist, die oben erläuterten effizienzsteigernden Effekte einer THz-Konversion bei einem Emitter, wie er beispielsweise in Fig. 9 oder Fig. 10 gezeigt ist, hervorzurufen. Dazu kann insbesondere ein THz-Antennen- Array, wie es in Fig. 1 bis Fig. 8 beschrieben wurde, verwendet werden.

Claims

PATENTANSPRUCHE
1. THz-Antennen-Array (20, 30, 40, 50) mit einer Anzahl von THz-Antennen (29, 39, 49, 49', 491 1), wobei eine THz-Antenne (29, 39, 49, 49', 49' ') einen photoleitenden Bereich (22, 32, 42) und eine erste Elektrode (21A, 31A, 41A) und eine zweite Elektrode (21B, 31B, 41B) aufweist, welche Elektroden über einen Ab- Standsbereich (24, 34, 44) beabstandet angeordnet sind, der sich lateral über wenigstens einen Teil des photoleitenden Bereichs (22, 32, 42) erstreckt,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein lateraler Bereich (25, 35, 45) zwischen benachbarten THz-Antennen (29, 39, 49, 49', 49'') des Arrays (20, 30, 40) praktisch nicht-photoleitend ausgebildet ist.
2. THz-Antennen-Array (20, 30, 40, 50) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der laterale Bereich (25, 35, 45) zwischen benachbarten THz-Antennen (29, 39, 49, 49', 49'') praktisch frei von photoleitendem Material ist.
3. THz-Antennen-Array (20, 30, 40, 50) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der photoleitende Bereich (22, 32, 42) auf eine laterale Ausdehnung beschränkt ist, die nicht wesentlich über die laterale Ausdehnung des Abstandsbereiches (24, 34, 44) oder über die laterale Ausdehnung des Abstandsbereiches (24, 34, 44) und der Elektroden (21A, 21B, 31A, 31B, 41A, 41B) hinausgeht.
4. THz-Antennen-Array (20, 30, 40, 50) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein lateraler Bereich (25, 35, 45) zwischen benachbarten THz-Antennen (29, 39, 49, 49', 49'') des Arrays (20, 30, 40) im THz-Frequenzbereich vergleichsweise ab- sorptions- und/oder dispersionsarm ist.
5. THz-Antennen-Array (20, 30, 40, 50) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein lateraler Bereich (25, 55, 45) zwischen benachbarten THz-Antennen (29, 39, 49, 49', 49'') des Arrays (20, 30, 40) optisch transparent und/oder nicht-leitend ist.
6. THz-Antennen-Array (20, 30, 40, 50) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der laterale Bereich (25, 35, 45) zwischen benachbarten THz-Antennen (29, 39, 49, 49', 49' ') mittels eines Substrats (12), insbesondere mittels eines Saphiroder Quarzglas-Substrats (23, 33, 43) gebildet ist.
7. THz-Antennen-Array (20, 30, 40, 50) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der laterale Bereich (25, 35, 45) zwischen benachbarten
THz-Antennen (29, 39, 49, 49', 49 ' ' ) auf einer Depo- sitionshöhe des photoleitenden Bereichs (22, 32, 42) und/oder der Elektroden (21A, 21B, 31A, 31B, 41A, 41B) frei von Material ist.
8. THz-Antennen-Array (20, 30, 40, 50) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die THz-Antennen (29, 39, 49, 49', 49'') zur kollekti- ven, impulsiven, optischen • Anregung im photoleitenden Bereich (22, 32, 42), insbesondere bei einer Energie oberhalb von 0,9 eV insbesondere mittels eines Femtosekunden-Laserpulses, insbesondere in einem Wellenlängenbereich zwischen 650 nm bis 1200 nm, vorzugsweise zwischen 750 nm und 850 nm, ausgelegt sind.
9. THz-Antennen-Array (20, 30, 40, 50) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine THz-Antenne (29, 39, 49, 49', 49 ' ' ) .mittels einer Metall-Halbleiter-Metall-Struktur (MSM-Struktur) ge- bildet ist, bei welcher die Elektroden (21A, 21B, 31A, 31B, 41A, 41B) mit Metallmaterial und der photoleitende Bereich (22, 32, 42) mit Halbleitermaterial gebildet ist.
10. THz-Antennen-Array (20, 30, 40, 50) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der photoleitende Bereich (22, 32, 42) mittels LT-GaAs gebildet ist.
11. THz-Antennen-Array (20, 30, 40, 50) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der photoleitende Bereich (22, 32, 42) wenigstens eine unterhalb der Elektroden (21A, 21B, 31A, 31B, 41A, 41B) angeordnete Schicht (32A) aufweist, insbeson- dere eine Schicht (32A) , die sich über die laterale Ausdehnung des Abstandsbereiches (24, 34, 44) und der Elektroden (21A, 21B, 31A, 31B, 41A, 41B) erstreckt .
12. THz-Antennen-Array (20, 30, 40, 50) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der photoleitende Bereich (22, 32, 42) wenigstens eine zwischen den Elektroden (21A, 21B, 31A, 31B, 41A, 41B) angeordnete Schicht (32B) aufweist, insbeson- dere eine Schicht (32B) , die sich über die laterale Ausdehnung des Abstandsbereichs (24, 34, 44) erstreckt.
13. THz-Antennen-Array (20, 30, 40, 50) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der photoleitende Bereich (22, 32, 42) auf eine Dicke von 10 μm, vorzugsweise 5 μm, vorzugsweise 2 μm, vorzugsweise 1 μm beschränkt ist, und insbesondere eine Dicke von wenigstens 0,5 μm, aufweist.
14. THz-Antennen-Array (20, 30, 40, 50) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die THz-Antennen (29, 39, 49, 49', 49' ') mittels Elektroden (21A, 21B, 3IA, 31B, 41A, 41B) in Form einer Fingerstruktur gebildet sind.
15. THz-Antennen-Array (20, 30, 40, 50) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Finger (41A, 41B) der Fingerstruktur eine Geometrie (46) aufweist, die zur Ausbildung eines THz-Resona- tors beiträgt.
16. THz-Antennen-Array (20, 30, 40, 50) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Finger (41A, 41B) der Fingerstruktur in seiner lateralen Ausdehnung eine T-förmige vom photoleitenden • Bereich (22, 32, 42) weg weisende Geometrie (46) aufweist .
17. THz-Antennen-Array (20, 30, 40, 50) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine erste Anzahl von THz-Antennen (491) im Vergleich zu einer zweiten Anzahl von THz- Antennen (491 1) auf unterschiedlichem Potenzial liegt .
18. THz-Antennen-Array (20, 30, 40, 50) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand benachbarter THz-Antennen (29, 39, 49, 49', 49'')/ insbesondere ein bezüglich der Mitten der THz-Antennen gemessener Abstand, im Bereich zwischen λ/40 und λ/i,5, vorzugsweise bei λ/2or insbesondere zwischen λ/40 und λ/i0, liegt; vorzugsweise bei λ/2, insbesondere zwischen λ/4 und λ/i,5, liegt; vorzugsweise größer als λ/io, insbesondere größer als λ/8, ist.
19. THz-Antennen-Array (20, 30, 40, 50) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass anregungsseitig, vorzugsweise oberhalb einer THz- Antenne (29, 39, 49, 49', 49'') eine Mikrolinse angeordnet ist, vorzugsweise ein Mikrolinsen-Array (55) vorgesehen ist, das wenigstens teilweise, vorzugsweise vollständig, das THz-Antennen-Array (20, 30, 40) überdeckend anregungsseitig einer THz- Antenne (29, 39, 49, 49', 49'') angeordnet ist.
20. THz-Antennen-Array (20, 30, 40, 50) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine THz-Antenne (29, 39, 49, 49', 49") ein feldverstärkendes Mittel, insbesondere anregungsseitig, vorzugsweise im und/oder auf dem photoleitenden Bereich (22, 32, 42), insbesondere im Abstandsbereich (24, 34, 44) aufweist.'
21. THz-Antennen-Array (20, 30, 40, 50) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein feldverstärkendes Mittel in Form eines nano- skalierten Materials hoher Dielektrizitätszahl, insbesondere als metallisches Material, vorzugsweise als Funktionsschicht metallischer Nanopartikel, gebildet ist.
22. System aus einer Anzahl von THz-Antennen-Arrays (20, 30, 40, 50) nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine erste Anzahl von THz-Antennen-Arrays (20, 30, 40, 50) auf unterschiedlichem Potenzial im Vergleich zu einer zweiten Anzahl von THz-Antennen-Arrays (20, 30, 40, 50) liegt.
23. Verfahren zur Herstellung eines THz-Antennen-Arrays
(20, 30, 40, 50) mit einer Anzahl von THz-Antennen
(29, 39, 49, 49', 4911), wobei eine THz-Antenne (22,
39, 49', 49'') einen photoleitenden Bereich (22, 32, 42) und eine erste Elektrode (21A, 31A, 41A,) und eine zweite Elektrode (21B, 31B, 41B) aufweist, die über einen Abstandsbereich (24, 34, 44) beabstandet angeordnet sind, der sich lateral über wenigstens einen Teil des photoleitenden Bereichs (22, 32, 42) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass
ein Ausgangsmaterial (51) mit einem photoleitenden Bereich (22, 32, 42) bereitgestellt wird,
die Elektroden (21A, 21B, 31A, 31B, 41A, 41B) auf dem photoleitenden Bereich (22, 32, 42) strukturiert werden,
- ein lateraler Bereich (25, 35, 45)- zwischen benachbarten THz-Antennen (29, 39, 49, 49', 49'') des Arrays (20, 30, 40, 50) nicht- photoleitend ausgebildet wird, indem ein Teil des photoleitenden Bereichs (22, 32, 42) im lateralen Bereich (25, 35, 45) zwischen benachbarten THz-Antennen (29, 39, 49, 49', 49'') des Arrays (20, 30, 40, 50) entfernt wird,
- die so entstandene Struktur des THz-Antennen- Arrays (20, 30, 40, 50) vom Ausgangsmaterial abgehoben und auf ein nicht-photoleitendes Substrat transferiert wird.
24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der photoleitende Bereich (22, 32, 42) auf eine laterale Ausdehnung beschränkt wird, die nicht wesentlich über die laterale Ausdehnung des Abstands- bereichs (24, 34, 44) oder über die laterale Ausdehnung des Abstandsbereichs (24, 34, 44) und der Elektroden (21A, 21B, 31A, 31B, 41A, 41B) hinausgeht.
25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenstrukturierung mittels durch Verdampfen das Deponieren von Metallschichten und/oder Abheben nicht benötigter elektrodischer Flächen erfolgt.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenstrukturierung mittels chemischen Ätzens nicht benötigter elektrodischer Flächen erfolgt.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Entfernen des Teils des photoleitenden Bereichs (22, 32, 42) mittels chemischen 'Ätzens eines lateralen Bereichs (25/ 35, 45) zwischen benachbarten THz-Antennen (29, 39, 49, 49', 49'') des Arrays (20, 30, 40) erfolgt.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 27, da- durch gekennzeichnet, dass das Abheben vom Ausgangsmaterial mittels chemischen Ätzens eines Opferbereichs unterhalb des photoleitenden Bereichs (22, 32, 42) erfolgt.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die THz-Antennen (29, 39, 49, 49', 49'') in einem Abstand im Bereich zwischen λ/4o bis λ/i/5, vorzugsweise bei λ/2o, vorzugsweise bei λ/2 angeordnet werden.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass anregungsseitig einer THz-Antenne (29, 39, 49, 49', 49'') eine Mikrolinse, vorzugsweise ein Mikrolinsen-Array, angeordnet wird.
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass eine THz-Antenne (29, 39, 49, 49', 49'') mit einem feldverstärkenden Mittel, insbesondere in Form eines nanoskalierten Materials hoher Dielektrizitätszahl versehen wird.
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