일반기술

아연-카드뮴-텔레늄계결정을이용한전자파의전기-광학센서

○ 기술발명의 목적: 단결정 성장에서 융점이 낮아 작업이 편리하고, 약 1 피코세컨드의 시간 분해능을 갖는 초고속 소자○ 기술 요약 및 특징: 본 발명은 테라헤르쯔 전자파 센서용도의 아연-카드뮴-텔레늄 계열 전기-광학 소자를 대치하는, ZnxCd1-xTe계 단결정에서 아연-텔레늄(ZnTe)과 카드뮴-텔레늄(CdTe)의 혼합비(x)가 0.4보다는 크거나 같고 1.0보다는 작은 혼합비(0.4≤x＜1.0)를 갖는 아연-카드뮴-텔레늄계 결정을 이용한 전자파의 전기-광학 센서에 관한 것이다.본 발명에 따르면, 아연-텔레늄 단결정 센서용 소자보다 단결정 성장에서 융점이 낮아 작업이 편리하고, 테라헤르쯔 전자파용 센서로 이용할 시에 약 1 펨토세컨드의 단일 샷 신호를 처리할 수 있는 초고속 소자로 동작할 뿐만 아니라 DC에서 수 테라헤르쯔 정도의 초광역 밴드를 가지며 신호 대 잡음비가 대략 104 이상인 초고감도의 광학적인 특성을 제공하는 이점이 있다. ○ 색인어: 아연-카드뮴-텔레늄 계열, 전기-광학 센서본 발명에 따른 전기-광학 센서는, 지금까지 사용되어 오던 LiBaO3 및 LiNbO3 등의 페로브스카이트형 결정구조 산화물 소재 단결정을 대체하는 아연-카드뮴-델레늄 계열의 단결정을 이용하며, ZnxCd1-xTe 단결정계 중 ZnTe와 CdTe의 혼합비 x에 따른 결정을 x=0.4∼1.0까지 변화시키면서 단결정을 성장시키어 전기-광학 센서를 제조함으로써 테라헤르쯔 전자파용 센서로 이용할 시에 약 1 피코세컨드의 시간 분해능을 갖는 초고속 소자로 동작할 뿐만 아니라 DC에서 수 테라헤르쯔 정도의 초광역 밴드를 가지며 신호 대 잡음비가 대략 104 이상인 초고감도의 광학적인 특성을 제공하는 것이 특징이다.본 발명에 따른 ZnxCd1-xTe 단결정계 시료의 제작 및 제작된 시료의 에너지 밴드겝, 센서용 소자의 전기-광학 신호 센싱 특성을 순차적으로 설명하기로 한다.우선, 단결정 성장 및 전기-광학 센서 제작과 관련된 사항을 설명하면 다음과 같다.단결정 성장은 ZnxCd1-xTe 단결정계를 ZnTe 및 CdTe 혼합비 x에 따라 x구간 0.4∼1.0까지 가변시키면서 브리지만법으로 성장시킨다. x값이 0.8, 0.6, 0.4로 변함에 따라 광의 투과 에지는 1.87, 2.13 및 2.25 eV가 되어 이 단결정계는 전기-광학 샘플링에서 사용되는 프루브 빔 레이저(λ=800nm, 1.554 eV)가 쉽게 투과될 수 있는 범위에 들어감을 알 수 있다.Zn-Cd-Te 단결정을 이용한 전기-광학 센서를 제작하기 위해 단결정 ZnTe, Zn0.8Cd0.2Te, Zn0.6Cd0.4Te 및 Zn0.4Cd0.6Te 단결정[110]과 이에 동등한 평면[ℓℓ0]으로 약 0.1μm 크기의 알루미나 분말을 이용하여, 벽개된 양면이 완전한 플랫 미러 표면이 되도록 연마한 다음에 2% 브로마인-메탄올 용액에서 1∼2초 간 에칭한 후, 세척하여 단결정 양면에 붙어있는 불순물을 완전히 제거하므로서 전기-광학 센서를 제작한다.본 발명에서는 주로 갈륨-아세나이드나 카드뮴-텔러라이드 등 징크블렌드 구조의 반도체를 이용한 에미터를 사용하여 테라헤르쯔 전자파 빔을 발생시켰으며, 펄스 유지 시간이 약 150 펨토세컨드이고, 반복율이 76MHz인 빔을 사용한다. 이 빔을 빔 분할기로 분리하여 한쪽을 에미터에 입사할 펌핑 빔(1W)으로 다른 한쪽을 프루브 빔(100μW)으로 하는 데, 펌핑 빔은 무전극 GaAs 에미터에 입사하여 테라헤르쯔 전자파를 발진시킨다.