太赫茲探針

產(chǎn)品介紹：

       Protemics GmbH是德國研究型公司AMO GmbH和德國亞琛大學(xué)半導(dǎo)體電子研究所合資創(chuàng)辦的子公司，在太赫茲領(lǐng)域有著二十多年的研究背景。Protemics擁有一支集太赫茲技術(shù)、半導(dǎo)體加工、光電系統(tǒng)、軟件設(shè)計(jì)、應(yīng)用工程和業(yè)務(wù)開發(fā)等領(lǐng)域的跨學(xué)科技術(shù)團(tuán)隊(duì)。

典型的太赫茲時(shí)域測量系統(tǒng)用于近場透射式測量框圖

系統(tǒng)打破了標(biāo)準(zhǔn)太赫茲成像系統(tǒng)的分辨率極限，打開了基于太赫茲的微納結(jié)構(gòu)直接檢測分析的途徑。

一，微探針進(jìn)場掃描系統(tǒng)（TeraCube Scientific）

TeraCube Scientific是一款全自動(dòng)化的太赫茲近場掃描系統(tǒng)，用于光學(xué)實(shí)驗(yàn)室。系統(tǒng)能夠被實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的合適參數(shù)性能的飛秒激光源或著擴(kuò)展的新的激光源驅(qū)動(dòng)。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)樣品表面可控距離范圍內(nèi)太赫茲場分布時(shí)域測量。系統(tǒng)提供寬帶太赫茲脈沖激勵(lì)和傳輸通過平面樣品以及時(shí)空上解決檢測脈沖傳播的表面近場使用Protemics專有TeraSpike近場探針。

主要特點(diǎn)：

*高速數(shù)據(jù)采集適應(yīng)連續(xù)運(yùn)動(dòng)掃描，通過同步運(yùn)動(dòng)控制和實(shí)時(shí)位置探測；

*光學(xué)樣品表面探測用于在微結(jié)構(gòu)化或彎曲樣品的恒定微探針/表面距離自適應(yīng)太赫茲表面掃描；

*線極化及可旋轉(zhuǎn)太赫茲發(fā)射器用于偏振依賴的測量；

*高性能太赫茲發(fā)射器/探測器組件加上高動(dòng)態(tài)范圍鎖相探測確保了出色的信號(hào)質(zhì)量；

*集成CCD相機(jī)模塊用于監(jiān)控微探針的末端及樣品的位置；

*系統(tǒng)控制、自動(dòng)測量軟件及簡單可操作圖形用戶截面軟件的預(yù)組裝的PC電腦；

*軟件實(shí)施校準(zhǔn)監(jiān)控功能及系統(tǒng)正常運(yùn)行檢測電子系統(tǒng)；

*軟件輔助微探針末端樣品表面近似；

*時(shí)域信號(hào)預(yù)覽模式光學(xué)校準(zhǔn)對(duì)齊；

*數(shù)據(jù)可導(dǎo)出為純文本或者適應(yīng)MATLAB的格式；

*系統(tǒng)室防激光和防塵設(shè)計(jì)；

*開放可擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)。

技術(shù)性能指標(biāo)：

匹配飛秒激光器要求：

中心波長：770 nm~820 nm；
重頻： 10 MHz~1 GHz；
平均功率： 60 mW~1.5 W；
脈寬： < 150 fs.

二、TeraSpike 微探針系列

光導(dǎo)近場測試器件：

TeraSpike微探針系列是新一代高性能用于電子領(lǐng)域太赫茲頻段的光導(dǎo)探測的微探針。近表面電太赫茲領(lǐng)域現(xiàn)在能夠使用具有空前的高質(zhì)量信號(hào)源和低探測侵入性。

太赫茲微探針能夠無縫接入860nm波長光學(xué)激勵(lì)系統(tǒng)，并且是目前最高性價(jià)比方案實(shí)現(xiàn)將現(xiàn)有時(shí)域泵浦或探針系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成高功率太赫茲近場探測系統(tǒng)用于高分辨率成像。

系統(tǒng)主要特點(diǎn)：

*市面上最小的主動(dòng)太赫茲探針；

*專利設(shè)計(jì)；

*空間分辨率高達(dá)3μm；

*頻譜范圍：0-4THz；

*適用于所有激光激勵(lì)太赫茲系統(tǒng)（λ＜860nm）；

*安裝匹配標(biāo)準(zhǔn)光機(jī)器件；

*典型光學(xué)激勵(lì)功率1-5mW（1-5μJ/cm²）；

*集成電壓過載保護(hù)電路。

標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)：

以下為標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)，用于脈沖激光激勵(lì)。

·TD-800-X-HR/HRS/HS

·TD-800-Z-A500G

電氣連接通過一個(gè)緊湊的同軸SMP插頭實(shí)現(xiàn)，推薦使用低噪聲電流放大器，放大倍數(shù)10⁷-10⁸V/A（例如，DLPCA200）以及優(yōu)質(zhì)的連接電纜（例如，我們的TS電纜）來實(shí)現(xiàn)最佳的性能。

TeraSpike TD-800-X

微探針旋臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：

X系列微探針對(duì)電矢量場分布敏感，確定傳輸方向指向探針尖端被定義為X軸方向（如上插圖）。型號(hào)TD-800-X-HR實(shí)現(xiàn)高空間分辨率。型號(hào)TD-800-X-HRS擁有對(duì)f=1.5THz-1.3THz顯著的高靈敏度，并且擁有20μm的空間分辨率。

技術(shù)參數(shù)：

注：每個(gè)探針均單獨(dú)進(jìn)行了測試，并且提供操作說明和測試證書。

TeraSpike TD-800-Z

微探針旋臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：

技術(shù)參數(shù)：

Z系列微探針對(duì)太赫茲場分量敏感，確定縱向到探針尖端被定義為Z軸方向（如上插圖）。N選項(xiàng)不含共振天線單元能夠提供相當(dāng)高的帶寬。A-500G選項(xiàng)含天線單元適用于增強(qiáng)0.5THz左右頻段的靈敏度。

TeraSpike TD-800-TR.5

新型號(hào)TR.5擁有一對(duì)排列緊密的光導(dǎo)太赫茲天線，這樣的設(shè)計(jì)為在反射測量模式下近場測量實(shí)現(xiàn)高分辨率提供了新的解決方法。其中一個(gè)天線作為脈沖輻射源，另一個(gè)天線作為探測器。小巧的收發(fā)器探針采用了Protemics專有的限制探針內(nèi)部信號(hào)反射的“陷波”設(shè)計(jì)，以及XR型的靈活PET懸臂設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)機(jī)械強(qiáng)度可靠性。相比于標(biāo)準(zhǔn)采用遠(yuǎn)場發(fā)射/接收模塊的反射模式測量方法，新型近場收發(fā)探針提供了亞波長分辨率以及最短的傳輸路徑。

微探針天線設(shè)計(jì)：

技術(shù)參數(shù)：

TeraSpike TD-1550-Y-BF

微探針旋臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：

型號(hào)TD-1550-Y-BF太赫茲探針是一款基于正在申請(qǐng)的專利設(shè)計(jì)（編號(hào)：10 2013020 216.7）對(duì)平面波導(dǎo)、金屬表面或負(fù)折射介質(zhì)材料的無偏壓近表面激發(fā)太赫茲脈沖的微探針發(fā)射器。

應(yīng)用舉例：

配置：太赫茲產(chǎn)生于薄膜微帶利用無偏壓TeraSpike發(fā)射微探針。對(duì)于芯片上無接觸太赫茲探測另一個(gè)TeraSpike可使用TD-800-X或Z系列探針。

太赫茲發(fā)射方案：太赫茲脈沖的產(chǎn)生基于InGaAs微懸臂表面光學(xué)激勵(lì)。將激發(fā)的探針尖端置于傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)或者表面提供有效電容耦合和脈沖傳輸。

技術(shù)參數(shù)：

TeraSpike入門套件：

套件包括以下器件：

·TeraSpike微探針（X- 或Z-系列）；

·TeraSpike幽靈（虛擬器件）；

·TS連接線纜（SMP to SMA）；

·SMA/BNC適配器；

·固定器件.

擁有該定向固定TeraSpike微探針套件可以根據(jù)應(yīng)用的需求自由選擇搭配使用。套件包中虛擬器件-TeraSpike 幽靈，推薦使用在所有的機(jī)械搭建和建筑工作中，因?yàn)椴豢煽貦C(jī)械影響在此過程中可以被簡單的避免。

TeraSpikeXR-option

標(biāo)準(zhǔn)化的TeraSpike探針設(shè)計(jì)均最大化確保了高分辨率和較低的場入侵損傷以及高靈敏度。這些均得益于獨(dú)立的半導(dǎo)體基懸臂微探針含有有源場傳感單元。標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的機(jī)械強(qiáng)度能夠適應(yīng)長時(shí)間應(yīng)用在很好的控制的情況及自動(dòng)化系統(tǒng)中，例如TeraCube Scientific允許突出的樣品接觸。

對(duì)于較苛刻的應(yīng)用環(huán)境或者樣品距離很難控制的情況下，新型的XR-設(shè)計(jì)是一個(gè)相當(dāng)不錯(cuò)的選擇。該設(shè)計(jì)在略有降低空間分辨率和靈敏度的情況下徹底深度提升了機(jī)械強(qiáng)度。

橫截面Standard和XR-設(shè)計(jì)對(duì)比：

Standard和XR-時(shí)域和頻域相應(yīng)對(duì)比：

XR-選項(xiàng)是目前可用于以下X-和Z-場靈敏TeraSpike探針：

• TeraSpike     TD-800-X-HR-WT-XR

• TeraSpike     TD-800-Z-WT-XR

TeraSpikeWT-option

TeraSpike近場探針被應(yīng)用于不同的激發(fā)條件下。在一些配置下可能會(huì)產(chǎn)生THz多模，并且能夠沿著探針頭電極內(nèi)部傳播。目前，這些模式通過對(duì)反射信號(hào)時(shí)域瞬態(tài)記錄所觀測到。

探針頭設(shè)計(jì):

WT-選項(xiàng)目前可用于以下X-和Z-場靈敏TeraSpike探針：

·TeraSpikeTD-800-X-HR-WT

·TeraSpikeTD-800-Z-WT

·TeraSpikeTD-800-X-HR-WT-XR

·TeraSpikeTD-800-Z-WT-XR

三、GigaSpike 電場探針系列

基于硝基二極管主動(dòng)3D近場探測

GigaSpike場探針系列擁有低入侵損傷微米天線結(jié)構(gòu)集成到零偏壓肖基特二極管上，用于3D場幅度分布主動(dòng)測量。GigaSpike系列探針均提供從25GHz~330GHz的頻率范圍。得益于極低的入侵損傷，該系列微探針可以允許實(shí)時(shí)近距離測試器件并且只有極少的探測場后向散射和寄生耦合效應(yīng)。GigaSpike探針是用于對(duì)毫米波發(fā)射器遠(yuǎn)場或近場3D矢量場幅度或功率密度測量非常理想的探測器件，例如5G千兆網(wǎng)天線陣列。它們同時(shí)可以被應(yīng)用于光導(dǎo)太赫茲發(fā)射器輻射輪廓的測量。

GigaSpike GS-60-XYZ

探針響應(yīng)曲線：直流電壓輸出對(duì)高頻電場強(qiáng)度

技術(shù)參數(shù)：

四、太赫茲發(fā)射器-TeraBlast

TeraBlast- Bias-free Large-area Emitters

最新TeraBlast系列零偏壓太赫茲發(fā)射器是由光學(xué)泵浦產(chǎn)生的太赫茲源，能夠同相當(dāng)寬的范圍的飛秒激光源一起使用（例如，低功率振蕩器或放大激光器，波長范圍700~1600nm）。它們能夠理想的被應(yīng)用于近場成像應(yīng)用，包括TeraSpike微探針操作。TeraBlast同時(shí)也是能夠應(yīng)用于遠(yuǎn)場光譜及其它太赫茲應(yīng)用的強(qiáng)大的發(fā)射器。

TeraBlast發(fā)射器基于正在申請(qǐng)中的專利設(shè)計(jì)（德國應(yīng)用型專利：DE102012010926A1）。該發(fā)射器提供一個(gè)大的有效面積能夠被平均功率5mW至1W較大范圍的飛秒激光脈沖激活，并且不會(huì)產(chǎn)生已知小尺寸光導(dǎo)天線中典型的飽和換能效應(yīng)及器件失效的情況。此外，TeraBlast發(fā)射器是應(yīng)用于太赫茲脈沖產(chǎn)生需要發(fā)生在極靠近的光導(dǎo)探測（例如，近場探測或?qū)玉詈喜▽?dǎo)激發(fā)）。通常在這種情況下，偏置電壓發(fā)射器是不可用的，因?yàn)楣怆娏髡{(diào)制會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)寄生耦合效應(yīng)，而TeraBlast可以有效避免此效應(yīng)。

主要優(yōu)勢：

·高轉(zhuǎn)換效率，得益于納米尺度雙金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；

·高發(fā)射功率，通過無飽和大有效面積；

·TeraSpike微探針操作推薦太赫茲源；

·無與倫比的極簡化操作；

·幾乎無對(duì)準(zhǔn)/聚焦要求；

·極其穩(wěn)固確保無偏差；

·局部瑕疵不會(huì)引起設(shè)備故障；

·無暗電流；

·在鎖入探測方法中無膠版印刷寄生信號(hào).

輻射特性及工作原理：

太赫茲脈沖發(fā)射通過近紅外或紅外飛秒脈沖光學(xué)激勵(lì)TeraBlast發(fā)射器產(chǎn)生。推薦脈沖寬度＜150fs。發(fā)射太赫茲輻射是線極化的。下圖是用TeraSpike微探針（型號(hào)：TD-800-X-HRS）線掃描穿過TeraBlast發(fā)射器中心獲取的時(shí)域典型太赫茲發(fā)射場。明亮的快速震蕩太赫茲頻率器件均被限制在只有幾個(gè)毫米尺寸的孔徑范圍內(nèi)，然而GHz輻射能夠發(fā)射大得多的范圍。發(fā)射圖可以很容易的被適應(yīng)通過調(diào)整激勵(lì)光束的聚焦。

發(fā)射方案：太赫茲發(fā)射過程基于肖基特場，多重非對(duì)稱金屬/半導(dǎo)體結(jié)中的感應(yīng)橫向感應(yīng)電流（j_ph）.

測量舉例（TeraBlast TD-1550-L-165）：遠(yuǎn)場傳輸通過N₂凈化的自由空間通過量子激光（“taccor”）飛秒激光器和基于ASOPS的時(shí)域光譜儀在一個(gè)400μm厚GaP晶體的電光探測進(jìn)行測量。

尺寸參數(shù)：

技術(shù)參數(shù)：

選項(xiàng)：

增透膜（-AR）

對(duì)于沒有法布里-珀羅特征的發(fā)射譜，發(fā)射器背面的太赫茲脈沖反射可以通過這種寬帶增透膜被抑制。但是需要注意的是，應(yīng)用增透膜后發(fā)射場脈沖振幅也被減弱了大概30%。

高通濾波器（-HPF）

為了允許在近距離接近TeraBlast發(fā)射器測量太赫茲場而沒有低-GHz范圍輻射的主要貢獻(xiàn)，發(fā)射器可以在輸出端面裝配一個(gè)集成化的高通濾波器。

五、子系統(tǒng)

TeraSpike微探針與現(xiàn)有光電設(shè)備的集成通過使用標(biāo)準(zhǔn)化光學(xué)安裝組件和具有進(jìn)一步基本功能的以下子系統(tǒng)進(jìn)行簡化。

子系統(tǒng)D-B1-TR

D-B1-TR子系統(tǒng)的核心是一個(gè)裝有預(yù)先對(duì)準(zhǔn)的光機(jī)械組件的迷你板模塊，用于系統(tǒng)集成TeraSpike微探針收發(fā)器系列（TR）。

功能：

·微探針定位

·手動(dòng)光束對(duì)微探針聚焦（用于兩束光）

·手動(dòng)光束對(duì)微探針對(duì)準(zhǔn)（用于兩束光）

·手動(dòng)微探針高度調(diào)整

子系統(tǒng) D-B1

D-B1子系統(tǒng)的核心是一個(gè)裝有預(yù)先對(duì)準(zhǔn)的光機(jī)械組件的迷你板模塊，用于系統(tǒng)集成TeraSpike微探針。

功能：

·微探針固定

·手動(dòng)光束對(duì)微探針聚焦

·手動(dòng)光束對(duì)微探針對(duì)準(zhǔn)

·手動(dòng)微探針高度調(diào)整

子系統(tǒng)D-B2

子系統(tǒng)D-B2是保持核心模塊D-B1和光束引導(dǎo)部件的垂直面包板平臺(tái)。 它為額外的部件提供了足夠的空間，例如用于探針頭監(jiān)測的CCD相機(jī)或用于采樣或傾斜樣品表面采樣的距離傳感器。

內(nèi)容包括：

·含定制高度子系統(tǒng)D-B1的母板

·裝配支架

·2個(gè)對(duì)準(zhǔn)光闌

·2個(gè)傾斜鏡

·可擴(kuò)展組件，如CCD相機(jī)和距離傳感器

可選擴(kuò)展項(xiàng)：

·Sub-D-B2-CAM：具有可變照明的集成CCD顯微鏡相機(jī)系統(tǒng)，用于監(jiān)測探針頭到樣品表面近似和樣品定位。

CCD相機(jī)圖像的TeraSpike微探針在樣品上的微結(jié)構(gòu)示例

六、配件

·TeraSpike Defender

TeraSpike Defender是一個(gè)可選的外殼，可以保護(hù)探頭的敏感尖端免受機(jī)械沖擊。 尖端的曝光可以從-1mm到+ 1mm手動(dòng)調(diào)節(jié)。 在負(fù)曝光范圍內(nèi)，TeraSpike Defender外殼可以防止探針尖端與平坦表面的直接接觸。 由于垂直設(shè)置的開口，光學(xué)激發(fā)以及尖端區(qū)域的視覺監(jiān)控不會(huì)受到保護(hù)結(jié)構(gòu)的損害。 TeraSpike Defender可應(yīng)用于任何現(xiàn)有或新的TeraSpike探頭。

·SHG-Unit

Protemics的新型SHG單元是一種易于操作和非常有效的解決方案用于將經(jīng)濟(jì)高效的飛秒光纖激光器的IR光轉(zhuǎn)換為NIR光，以實(shí)現(xiàn)對(duì)基于LT-GaAs的TeraSpike微探針和TeraBlast發(fā)射器的高效激發(fā)。

主要優(yōu)點(diǎn)：

·推薦用于具有IR飛秒激光器的TeraSpike微探針操作

·高功率轉(zhuǎn)換效率

·被動(dòng)和牢固的設(shè)計(jì)

·預(yù)熱時(shí)間短（10-15分鐘）

·可配置自由空間（-FS）或光纖耦合輸入光束（-FC）

·易于集成和使用

原理圖：

技術(shù)參數(shù)：

·TeraSpike Phantom

TeraSpike Phantom是一個(gè)虛擬器件，用于在施工和系統(tǒng)開發(fā)過程中更換微型探頭。推薦使用TeraSpike Phantom（包括在入門套件中），以避免在苛刻工作環(huán)境中出現(xiàn)不受控制的機(jī)械沖擊的風(fēng)險(xiǎn)。

·Connection cable

TS cable

SMP到SMA連接電纜加SMA-BNC適配器（也包括在入門工具包內(nèi)）。

·Current amplifiers

提供兩個(gè)可變?cè)鲆娴碾娏鞣糯笃?，?0 kHz或220 kHz下提供10⁷V/A放大倍數(shù)：

DLPCA-200   可變?cè)鲆骐娏鞣糯笃?，帶寬?0 kHz，@10⁷V/ A放大倍數(shù)

·互阻抗增益從10³到10¹¹ V/A

·輸入噪聲低至4.3fA /√Hz

·預(yù)配置偏置電壓

·手動(dòng)和遠(yuǎn)程控制

DHPCA-100   可變?cè)鲆骐娏鞣糯笃?，帶寬?20 kHz，@10⁷V/ A放大倍數(shù)

·互阻抗增益從10²到10⁸ V/A

·輸入噪聲低至55fA√Hz

·預(yù)配置偏置電壓

·手動(dòng)和遠(yuǎn)程控制