Étude théorique et expérimentale de la génération térahertz par photocommutation dans des composants en GaAs basse température

par Hervé Eusèbe

Thèse de doctorat en Optique, optoélectronique et micro-ondes

Sous la direction de Jean-Louis Coutaz.

Soutenue en 2004

à Grenoble, INPG .

    mots clés mots clés


  • Résumé

    L'objectif de ce travail fut de modeliser et caracteriser un composant a semiconducteur capable de generer des impulsions electriques subpicosecondes par photocommutation. Ce composant est realise avec un peigne interdigite situe au milieu du ruban central d'un guide coplanaire en or depose sur du gaas basse temperature dope au beryllium. En eclairant avec un laser femtoseconde ce detecteur polarise, il est possible de generer des impulsions electriques dont la duree est approximativement celle du temps des vie des electrons. Une etude comparative de plusieurs methodes de caracterisation (echantillonnages photoconductif, electro-optique, electroabsorption) fut realisee et met en evidence avantages et inconvenients de chaque technique. Les differentes mesures montrent l'influence du materiau et du circuit hyperfrequence sur la reponse du dispositif. On observe en particulier l'augmentation du temps de vie des electrons due a la saturation du niveau de piege. De meme, on observe l'influence de la valeur de la capacite du detecteur sur la duree de la reponse et la limitation de l'amplitude des impulsions due a l'impedance des lignes. Un modele simple, base sur un circuit electrique equivalent, prenant en compte les aspects materiau et hyperfrequence, permet de bien decrire ces phenomenes. De plus, ce modele illustre en detail la dynamique des differents parametres physiques et electriques lors de l'eclairement du detecteur par deux impulsions optiques consecutives. Cette mesure pompe-sonde photoconductive montre le temps de relaxation du photocommutateur et la saturation des pieges. Enfin, le modele permet de calculer la bande passante du dispositif en photomelange.


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  • Titre traduit

    Theoretical and experimental study of terahertz generation by photoswitching in low-temperature grown gallium arsenide devices


  • Résumé

    The aim of this work was to characterize and modelize a semiconductor photoswitch device that can generate subpicosecond electrical pulses. This device is an interdigital comb located in the central line of a gold coplanar waveguide layed deposited over a low-temperature-grown gaas layer doped with beryllium. By exciting this polarized detector with a femtosecond laser pulse, picosecond and sub-picosecond electrical pulses are generated. The pulse duration is approximately equal to the electron lifetime in the semiconductor. A comparative study of several characterization methods (photoconductive, electro-optic and electroabsorption samplings) was done. The advantages and drawbacks of each technique are given. Measurements show the influence of the material and microwave circuit dynamics on the device response. Especially, an increase of the electron lifetime caused by trap level saturation is observed, as well as the influence of the detector capacity on the device response and the limitation of the amplitude of pulses caused by the line impedance. To describe the experimental data, we built a simple model based on an electrical equivalent circuit, that takes into account material and microwave responses of the device. The agreement between theory and experiment is good. This allows us to understand the dynamics of the physical and electrical parameters when the detector is excited by two consecutive optical pulses. This photoconductive pump-probe measurement shows clearly the relaxation time of the photoswitch and the trap saturation. Finally, the model allows us to calculate the bandwith of the device when used in a photomixing experiment.

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Informations

  • Détails : V-180 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 163-174

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  • Bibliothèque : Service interétablissements de Documentation (Saint-Martin d'Hères, Isère). Bibliothèque universitaire de Sciences.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : TS04/INPG/0134
  • Bibliothèque : Service interétablissements de Documentation (Saint-Martin d'Hères, Isère). Bibliothèque universitaire de Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TS04/INPG/0134/D
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