太赫兹真空微电子技术研究+文献综述(2)
格外引人注目的趋势是真空微电子技术的研究以及作为在Terahertz频段的发射源的使用。Terahertz频段在低频段与微波毫米波相重合,在高频段与远红外线相重合，即波长介于3mm-30μm,100GHz-10THz之间的一段频域[7],这一频段最明显的作用是能够穿透许多材料,同时也可以在物质间传播、反射、聚焦、衍射。这些物品能够是衣物、皮革、塑料、纸板和其余的包装材料,可以分辨那些物品内部呈放的不相同物质成份的材料[8];Terahertz电磁波不但可以提供材料的形状和图像,并且能够提供该频率的分布曲线信息,应用远距离检测,检测未知的大气云和降落的生命物体;Terahertz技术同样能够实现高比特率信息交流与传递。0.3THz频率左右的电磁波,其十分之一的带宽能够使电磁波通信到达1.25GB左右的高比特传输速率[9]。以往的时间因为缺乏功率发射器件和探测元件,Terahertz技术的研究进展遭遇阻力,但是Terahertz频段所展现的长远运用潜力,正吸引越来越多的专家学者研究太赫兹频域及其相关应用。
微机电系统技术和真空电子技术联合产生构成的真空微电子技术,解决了一般半导体管的渡越时间效应,或者根据微波管分布作用原理,使工作频段能够到达Terahertz频段.曾在1980年初,美国宇航局(NASA)就展开了一项关于外太空探测项目的亚毫米波段BWO研制项目,采取电磁波刻蚀技术在C基板上制做微型梯形线慢波结构,它能够使用于0.4THz-1.8THz频段之间[10,11]。虽然这个项目研究目前没有完全完成,但这次研究是一次采用微机电系统技术制造的真空微电子器件的积极尝试。目前微机电系统技术能够实现更大的准确度、更精细的制造方法,引导人们去研究真空微电子技术[1,8,12,13]。
最初真空设备以二极管,三极管,四极管,五极管的方式发展,被用作高功率放大器和低射频振荡器。随后超高真空设备以磁控管，速调管，行波管，回波振荡器，用在微波频段至100GHZ的高功率设备。这些微波真空设备被称为慢波设备,其中,无线电波放缓近1/3至1/10的光速度因为超高真空部件中有同步的被加速电子束。在加速的电子束和减速的无线电波相互作用期间，直流加速电子束的能量的一部分转移到射频波导致高功率无线电波的放大/衰减。这些真空设备的尺寸随射频波频率的增加而减少。因此，在超过100GHZ的高频率情况下真空设备的制造受到目前制造技术的限制因为关键部件尺寸较小，例如射频结构和电子枪。或者,快波真空设备如陀螺设备，自由电子激光器被研制用来实现到达或超过200GHZ的超高功率射频波的缩小或放大，但是这些设备非常大而且复杂。
开发出在太赫兹频段（100GHZ以上）微型真空设备是一件紧急的事情，因为它们在宽频通信、成像雷达、光谱学和更多科学、工业、医疗应用未开发的区域。太赫兹设备为表面和低深度成像提供额外的诊断方法，在安全、医疗、农业领域是非常好的。目前,半导体器件不能取代真空设备在太赫兹频段的功率等级即使在几毫瓦。半导体器件的根本缺点是太赫兹频率时电子传输受到硅原子晶格的阻碍，这种结构限制了设备微型化和设备的切换速度。因此解决方案是创建一个活跃的电子设备,电子传递依靠真空。最近微机电系统(MEMS)技术的发展正在探讨小型射频结构和有限元分析冷阴极的制造。这样的使用微电子技术制造的微型和小尺寸太赫兹真空设备以真空微电子设备而闻名，这种兴趣在过去的几年里大大增加。这样的真空微电子设备的应用包含太赫兹电磁波的放大和缩减。
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