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、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。

典型的太赫茲時域測量系統(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是一款全自動化的太赫茲近場掃描系統(tǒng)，用于光學(xué)實驗室。系統(tǒng)能夠被實驗室現(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。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)樣品表面可控距離范圍內(nèi)太赫茲場分布時域測量。系統(tǒng)提供寬帶太赫茲脈沖激勵和傳輸通過平面樣品以及時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：

*高速數(shù)據(jù)采集適應(yīng)連續(xù)運動掃描，通過同步運動控制和實時位置探測；

*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態(tài)范圍鎖相探測確保了出色的信號質(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；

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

*軟件輔助微探針末端樣品表面近似；

*時域信號預(yù)覽模式光學(xué)校準(zhǔn)對齊；

*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；

*開放可擴(kuò)展實驗系統(tǒng)平臺。

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)激勵系統(tǒng)，并且是目前最高性價比方案實現(xiàn)將現(xiàn)有時域泵浦或探針系統(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：

*市面上最小的主動太赫茲探針；

*專利設(shè)計；

*空間分辨率高達(dá)3μm；

*頻譜范圍：0-4THz；

*適用于所有激光激勵太赫茲系統(tǒng)（λ＜860nm）；

*安裝匹配標(biāo)準(zhǔn)光機(jī)器件；

*典型光學(xué)激勵功率1-5mW（1-5μJ/cm²）；

*集成電壓過載保護(hù)電路。

標(biāo)準(zhǔn)型號：

以下為標(biāo)準(zhǔn)型號，用于脈沖激光激勵。

·TD-800-X-HR/HRS/HS

·TD-800-Z-A500G

電氣連接通過一個緊湊的同軸SMP插頭實現(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）來實現(xiàn)最佳的性能。

TeraSpike TD-800-X

微探針旋臂結(jié)構(gòu)設(shè)計：

X系列微探針對電矢量場分布敏感，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TD-800-X-HR實現(xiàn)高空間分辨率。型號TD-800-X-HRS擁有對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：每個探針均單獨進(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：

技術(shù)參數(shù)：

Z系列微探針對太赫茲場分量敏感，確定縱向到探針尖端被定義為Z軸方向（如上插圖）。N選項不含共振天線單元能夠提供相當(dāng)高的帶寬。A-500G選項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TR.5擁有一對排列緊密的光導(dǎo)太赫茲天線，這樣的設(shè)計為在反射測量模式下近場測量實現(xiàn)高分辨率提供了新的解決方法。其中一個天線作為脈沖輻射源，另一個天線作為探測器。小巧的收發(fā)器探針采用了Protemics專有的限制探針內(nèi)部信號反射的“陷波”設(shè)計，以及XR型的靈活PET懸臂設(shè)計來實現(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：

技術(shù)參數(shù)：

TeraSpike TD-1550-Y-BF

微探針旋臂結(jié)構(gòu)設(shè)計：

型號TD-1550-Y-BF太赫茲探針是一款基于正在申請的專利設(shè)計（編號：10 2013020 216.7）對平面波導(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。對于芯片上無接觸太赫茲探測另一個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。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，因為不可控機(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)計的機(jī)械強(qiáng)度能夠適應(yīng)長時間應(yīng)用在很好的控制的情況及自動化系統(tǒng)中，例如TeraCube Scientific允許突出的樣品接觸。

對于較苛刻的應(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)計是一個相當(dāng)不錯的選擇。該設(shè)計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)計對比：

Standard和XR-時域和頻域相應(yīng)對比：

XR-選項是目前可用于以下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，這些模式通過對反射信號時域瞬態(tài)記錄所觀測到。

探針頭設(shè)計:

WT-選項目前可用于以下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時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)射器基于正在申請中的專利設(shè)計（德國應(yīng)用型專利：DE102012010926A1）。該發(fā)射器提供一個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，因為光電流調(diào)制會產(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；

·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；

·幾乎無對準(zhǔn)/聚焦要求；

·極其穩(wěn)固確保無偏差；

·局部瑕疵不會引起設(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.

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：TD-800-X-HRS）線掃描穿過TeraBlast發(fā)射器中心獲取的時域典型太赫茲發(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的時域光譜儀在一個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：

增透膜（-AR）

對于沒有法布里-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)的核心是一個裝有預(yù)先對準(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

·手動光束對微探針聚焦（用于兩束光）

·手動光束對微探針對準(zhǔn)（用于兩束光）

·手動微探針高度調(diào)整

子系統(tǒng) D-B1

D-B1子系統(tǒng)的核心是一個裝有預(yù)先對準(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

·手動光束對微探針聚焦

·手動光束對微探針對準(zhǔn)

·手動微探針高度調(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。 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個對準(zhǔn)光闌

·2個傾斜鏡

·可擴(kuò)展組件，如CCD相機(jī)和距離傳感器

可選擴(kuò)展項：

·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，以實現(xiàn)對基于LT-GaAs的TeraSpike微探針和TeraBlast發(fā)射器的高效激發(fā)。

主要優(yōu)點：

·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

·被動和牢固的設(shè)計

·預(yù)熱時間短（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。

·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

提供兩個可變增益的電流放大器，在50 kHz或220 kHz下提供10⁷V/A放大倍數(shù)：

DLPCA-200   可變增益電流放大器，帶寬為50 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

·手動和遠(yuǎn)程控制

DHPCA-100   可變增益電流放大器，帶寬為220 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

·手動和遠(yuǎn)程控制