Interazione e rivelazione di radiazione THz con barriere metallo-semiconduttore

Abstract

Con il termine “Banda Terahertz” (THz) viene spesso indicata la regione spettrale che si colloca al confine tra l’elettronica e la fotonica, ovvero onde elettromagnetiche aventi frequenze variabili da 0.1 a 10 THz, corrispondenti a lunghezze d’onda da 3 mm a 30 μm. E’ attuale e fortemente motivato l’interesse ed il consecutivo sviluppo di tecnologie nel campo della micro e nano elettronica per la realizzazione di sorgenti e rivelatori per il THz, in particolar modo per dispositivi a semiconduttore. Da questo punto di vista i diodi Schottky, ovvero dispositivi a due terminali basati sulla giunzione metallo-semiconduttore, accoppiati con antenne e guide d’onda, sono attualmente i dispositivi più sviluppati in grado di rilevare la radiazione alle alte frequenze, in special modo nella regione spettrale della già definita “banda Terahertz” (THz). Il principio di funzionamento di un diodo Schottky sfrutta la non linearità e l’asimmetria della caratteristica corrente-tensione in grado di generare, in risposta ad un campo elettro-magnetico oscillante incidente, un segnale in uscita in corrente continua mediante la rettificazione. Tra i semiconduttori del IV gruppo, il germanio riveste il ruolo di probabile candidato per sostituire l’arseniuro di gallio in alcune applicazioni optoelettroniche in quanto presenta una mobilità elettronica elevata ed ha il vantaggio di essere compatibile ed integrabile con la tecnologia del silicio. In questo lavoro di tesi si è sviluppata una procedura originale ed innovativa per la fabbricazione di diodi Schottky in tecnologia planare su germanio epitassiale cresciuto in CVD su substrati SOI (Silicon-On-Insulator), partendo da specifiche tali da garantire il funzionamento come detector per il THz. Lo studio della risposta del dispositivo nell’intervallo di frequenze tra 0.1 e 1 THz ha mostrato la prima evidenza dell’utilizzo dei diodi Schottky realizzati su germanio epitassiale come rivelatori, in particolare per la radiazione con frequenza nell’intervallo tra 0.15 e 0.40 THz.