Zadanie 5

Charakteryzacja detektorów THz odbywać się będzie w układzie pomiarowym złożonym ze źródła promieniowania THz, elementów optycznych (zwierciadła, soczewki), detektorów szerokopasmowych (detektor pyroelektryczny, komórka Golay'a) oraz układu skanującego xyz, na którym mocowane będą badane detektory - tranzystory. Stosowanymi źródłami THz będą: karcynotron i źródło elektroniczne (produkt firmy Virginia Diodes), oba z powielaczami częstości (dublery i tryplery). Zestaw ten umożliwia badania w zależności od częstości w zakresie 0,1 THz – 0,8 THz. Ponadto, wnioskodawcy dysponują laserem OPO (produkt firmy MSquared) generującym promieniowanie w zakresie 0,7 – 2,5 THz.

Układ optyczny wykonany będzie z luster parabolicznych i soczewek teflonowych, które umożliwiają formowanie i prowadzenie wiązki. Dzięki istniejącemu już oprogramowaniu skanera xyz będzie można prowadzić prace optymalizujące układ optyczny (wykonywanie obrazowania przekroju wiązki za pomocą detektora pyroelektrycznego), w szczególności określać rozbieżność kątową i rozmiar poprzeczny wiązki, efektywność skupiania przez soczewki, efektywności działania filtrów pasmowych, polaryzatorów, itp. Prace te dotyczą także formowania, prowadzenia i skupiania wiązki generowanej przez globar, który ma być źródłem promieniowania zastosowanym w spektrometrze.

Detektory szerokopasmowe będą wykorzystane jako detektory referencyjne o znanej czułości, które umożliwią określenie czułości badanych pikseli. Układ skanujący xyz (działający i oprogramowany) sprzężony jest z układem akwizycji danych, co umożliwia badanie przestrzenne rozkładu promieniowania w wiązce THz. Jest to niezbędny element zestawu pomiarowego, dzięki któremu uzyskuje się kontrolę nad (niewidoczną) wiązką promieniowania. Układ ten będzie też służyć jako sterowana komputerem ruchoma podstawa do mocowania detektora liniowego, dzięki której możliwa będzie ekspozycja poszczególnych pikseli detektora na działanie promieniowania.

Prace umożliwiające optymalizację i kontrolę toru propagacji wiązki planowane są na pierwsze 12 miesięcy projektu. Pozostałe 24 miesiące będą poświęcone badaniom wytworzonych detektorów wielopikselowych. Dotychczasowe doświadczenia wnioskodawców dotyczą badania pojedynczych detektorów. W przypadku detektorów liniowych, nie jest jasne, w jaki sposób mają być zintegrowane ze sobą poszczególne piksele: czy mogą być umieszczone na wspólnym podłożu, czy też powinny być od siebie rozdzielone. Pytanie to związane jest z problemem propagacji modów (rodzajów) podłożowych i rejestracji sygnału pasożytniczego przez piksel, na który nie pada promieniowanie ("przesłuch" między pikselami).

W ramach tego zadania planuje się przeprowadzenie następujących pomiarów:

a) charakteryzacja elektryczna pikseli (pomiar charakterystyki przejściowej i wyjściowej tranzystorów). Charakteryzacja ta będzie wykonana przy użyciu istniejącego i oprogramowanego zestawu pomiarowego opartego na źródłach mierzących.

b) pomiar sygnału detekcji pojedynczych pikseli. Sygnałem detekcji jest fotonapięcie źródło – dren pojawiające się pod wpływem promieniowania THz. Układ akwizycji danych (istniejący i oprogramowany) wykorzystuje obecnie technikę detekcji fazowej (lock-in). Integracja wzmacniaczy z detektorami MOS (co jest jednym z zadań projektu) doprowadzi do uproszczenia układu detekcji i zastąpienia obecnego systemu układem detekcji stałonapięciowej. Sygnał detekcji będzie mierzony w zależności od napięcia na bramce (w celu określenia optymalnej polaryzacji bramki) oraz częstości promieniowania THz (w celu określenia szerokości spektralnej odpowiedzi poszczególnych tranzystorów-pikseli).

c) pomiar sygnału detekcji pikseli umieszczonych na wspólnym podłożu. Naturalnym sposobem produkcji detektora liniowego jest produkcja ciągów antenowych na wspólnym podłożu. Badanie detektorów liniowych musi obejmować następujące fazy:

• wytworzenie ciągu detektorów-pikseli na wspólnym podłożu;
• zbadanie poszczególnych pikseli ułożonych na wspólnym podłożu;
• pocięcie detektora;
• zbadanie poszczególnych pikseli montowanych pojedynczo;
• zbadanie pikseli ułożonych obok siebie.

Procedura ta jest wieloetapowa, ale tylko ona zapewnia stwierdzenie, czy detektory-piksele mogą być umieszczone na wspólnym podłożu i czy umieszczenie wielu pikseli obok siebie wpływa na ich czułość. Przeprowadzenie tych pomiarów pozwoli także na ocenę przesłuchu między detektorami-pikselami i zdefiniuje sposób konstrukcji detektora.