NEW TRENDS IN TERAHERTZ ELECTRONICS
V. Tamošiūnas^a, D. Seliuta^a, A. Juozapavičius^a, E. Širmulis^a, G. Valušis^a, A. El Fatimy^b, Y. Meziani^b, N. Dyakonova^b, J. Lusakowski^b, W. Knap^b, A. Lisauskas^c, H.G. Roskos^c, and K. Köhler^d
aSemiconductor Physics Institute, A. Goštauto 11, LT-01108 Vilnius, Lithuania
E-mail: valusis@pfi.lt
^bGES-UMR 5650 CNRS Universite Montpellier 2, 34900 Montpellier, France
^cPhysikalisches Institut, Johann Wolfgang Goethe-Universität, Max-von-Laue-Strasse 1, D-60438 Frankfurt / M, Germany
^dFraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik, Tullastr. 72, D-79108 Freiburg, Germany

Received 14 March 2006

Dedicated to academician Juras Požela on the occasion of his 80th birthday

The rapid evolution of terahertz (THz) applications in imaging, material diagnostics, communication systems, etc. stimulates an intensive search for new solutions in design and fabrication of compact emitters and receivers. The particular place of THz range in the electromagnetic spectrum – between microwaves and the infrared one – defines the requirement to merge together different concepts in the development of devices for THz electronics needs. The present overview covers several new topics illustrating unprecedented possibilities of modern semiconductor nanotechnology to realize innovative compact devices for terahertz electronics. We describe operation principles of quantum cascade lasers (QCLs) giving special emphasis to the specifics of THz quantum cascade devices and obstacles in their development. As an illustration of successful confluence of different physical approaches, we report on semiconductor nanostructure-based THz sensors – nanometric field effect transistors and asymmetric bow-tie diodes containing two-dimensional electron gas – which can successfully be employed for selective / broadband detection of the THz radiation.

NAUJOS KRYPTYS TERAHERCINĖJE ELEKTRONIKOJE
V. Tamošiūnas^a, D. Seliuta^a, A. Juozapavičius^a, E. Širmulis^a, G. Valušis^a, A. El Fatimy^b, Y. Meziani^b, N. Dyakonova^b, J. Lusakowski^b, W. Knap^b, A. Lisauskas^c, H.G. Roskos^c,K. Köhler^d
aPuslaidininkių fizikos institutas, Vilnius, Lietuva
^b2-as Monpeljė universitetas, Monpeljė, Prancūzija
^cJohano Volfgango Gėtės universitetas, Frankfurtas prie Maino, Vokietija
^dFraunhoferio taikomosios kietojo kūno fizikos institutas, Freiburgas, Vokietija

Apžvelgiamos trys naujos terahercinės elektronikos kryptys, susijusios su mažų matmenų prietaisų kūrimu, pasitelkiant šiuolaikinės puslaidininkinės nanotechnologijos galimybes.
Terahercinių (1 THz yra 10¹² Hz) dažnių ruožas, apimantis dažnių juostą nuo 0,1 iki 10 THz, elektromagnetinių bangų skalėje glūdi tarp mikrobangų ir infraraudonosios srities, t. y. tarp klasikiniaiskrūvininkų pernašos dėsniais aprašomos elektronikos ir kvantinės mechanikos taisyklėmis grindžiamos fotonikos. Taigi, ši sritis yra tarsi savotiškas „tiltas”, jungiantis klasikinį ir kvantinį fizikos pasaulius, ir būtent tai daro terahercinės elektronikos prietaisų kūrimą gana savitą ir subtilų, nes reikia ieškoti labai savitų fizikinių ir technologinių sprendimų, talpinančių ir derinančių gana skirtingas fizikines koncepcijas.
Pateikiami ir aprašyti trys tokių netradicinių sprendimų pavyzdžiai, sukurti panaudojant šiuolaikinės molekulinės epitaksijos, fotolitografijos bei elektroninės litografijos pasiekimus. Pirmasis jų, kvantinis kaskadinis lazeris, skirtas THz spinduliuotės emisijai, jungia savyje kvantmechaniniais skaičiavimais pagrįstą sluoksnių sandarą bei bangolaidžių fizikos principais paremtą emisijos modų sklidimo reguliavimą bei jų nuostolių rezonatoriuje mažinimą. Antrasis prietaisas – puslaidininkinis lauko tranzistorius su submikroninio ilgio sklende – yra tarsi plazmos fizikos bei puslaidininkių nanostruktūrų fizikos „lydinys”; pademonstruota, jog jis gali būti sėkmingai pritaikomas atrankiai (selektyviai) THz spinduliuotės detekcijai, kurios dažninė charakteristika gali būti keičiama sklendės įtampa. Trečiasis įtaisas – peteliškės formos asimetrinis diodas su dvimačiais elektronais – „atstovauja” puslaidininkių nanostruktūrų fizikos ir antenos principų „sujungimo” koncepcijai ir yra skirtas plačiajuostei GHz–THz dažnių ruožo detekcijai kambario temperatūroje.
Taip pat pateikiami bei palyginami ir kiti naujausi įvairiais fizikiniais principais veikiančių THz dažnių ruožo kietakūnių emiterių bei jutiklių duomenys.