El proceso de preparación de los cristales de terahertz varía según sus campos de aplicación (como comunicación, imágenes, análisis espectral, etc.) y el tipo de material (semiconductores, cristales ópticos no lineales, ferroeléctricos, etc.).

Las siguientes son varias de las principales tecnologías de preparación de cristales de thz y sus pasos clave:

I. método de crecimiento (adecuado para cristales monocristalinos de gran tamaño)

1. tirafa (czochralski método)

Principio: al controlar con precisión el gradiente de temperatura, los cristales de semillas crecen lentamente a partir de la fase líquida fundida para producir cristales monocristalinos de alta calidad.

Materiales aplicables: semiconductores III - V como gap, Gaas e inp; También se puede utilizar en algunos cristales de óxido (como el zafiro).

Puntos clave del proceso:

El calentamiento por inducción de radiofrecuencia o el calentamiento por resistencia eléctrica se utilizan para mantener la fusión de las materias primas en el crisol;

La barra de cristal de semilla giratoria se transfiere uniformemente en masa, y la velocidad de elevación suele ser de 0,1 a 2 mm / h;

Protección contra la contaminación por oxidación con gas inerte;

El tratamiento posterior incluye el recocido para eliminar el estrés térmico.

Ventaja: puede crecer Monocristales de gran diámetro y baja densidad de defectos, adecuado para la producción en masa.

Desafío: el riesgo de segregación de componentes es alto y la concentración de impurezas (= 1 ppm) debe controlarse estrictamente.

2. Bridgman Technology

Características: fusión de solidificación direccional vertical o horizontal, utilizando gradiente de temperatura para lograr el crecimiento direccional del cristal.

Versión mejorada: el método de fusión de doble zona reduce la introducción de impurezas; La instalación de un campo magnético para inhibir la convección mejora la uniformidad.

Requisitos del equipo: sistema de control de temperatura de alta precisión (+ 0,1 ° c), horno sellado al vacío.

3. método de fusión de zona (zona de flotación, fz)

Independencia: contacto sin crisol, fusión local de la materia prima a través de bobinas de alta frecuencia y Movimiento de la zona de fusión para purificación y cristalización.

Objetos aplicables: Monocristales de silicio de alta pureza (para sustratos de detectores thz), ciertos compuestos intermetálicos refractarios.

Ventajas: evitar la introducción de impurezas en el recipiente y ser adecuado para la preparación de materiales de ultra alta pureza; Sin embargo, el equipo es complejo y consume mucha energía.

II. serie de depósito físico de vapor de cristales de terahertz (pvd)

1. Epitaxia de haz molecular (molecular Beam epitaxy, mbe)

Mecanismo central: en un ambiente de vacío súper alto, la fuente del elemento se deposita en la superficie del sustrato con un haz atómico para formar una película delgada.

Parámetros típicos: temperatura de base 300 - 600 ℃, tasa de crecimiento 0,1 - 1 nm / s; Equipado con un difractómetro electrónico de alta energía reflectante (rheed) para monitorear in situ.

Materiales representativos: estructura de pozo cuántico Gaas / algaas, Heterounión de Grafeno - nitruro de Boron hexagonal.

Ventaja: la precisión de la capa atómica controla la concentración de dopaje y las características de la interfaz, lo que es propicio para el diseño de dispositivos thz superconductores.

Limitaciones: alto costo y baja producción, solo adecuado para la investigación y el desarrollo a escala de laboratorio.

2. depósito láser pulsado (pld)

Descripción del proceso: el láser de pulso de enfoque bombardea el objetivo para producir plumas de plasma, que se condensan en película en el sustrato.

Punto de optimización del proceso: ajustar la densidad de energía láser, la presión del gas de fondo (la presión parcial de oxígeno regula la conductividad eléctrica); Se utiliza la deposición alterna de múltiples objetivos para lograr una estructura compuesta multicapa.

Precauciones: es necesario evitar la contaminación por salpicaduras de partículas, y se puede utilizar un punto láser de escaneo para ampliar la uniformidad.

3. magnetron sputtering

Mecanismo de trabajo: los iones de argón bombardean el objetivo para que sus átomos se escapen y se depositen en un sustrato de baja temperatura.

Ventajas destacadas: el proceso de baja temperatura es compatible con el sustrato flexible (pet / pi), adecuado para el recubrimiento uniforme a gran escala.

Estrategia de modificación: el chorro reactivo introduce nitrógeno para formar un recubrimiento cerámico de nitruro; El Co - chorro ajusta la relación estequiometría.

Problemas comunes y soluciones: la estructura del grano cilíndrico conduce a una alta permeabilidad → aumenta el sesgo y mejora la densidad del bombardeo de iones.

III. ruta de la solución química cristalina de terahertz

1. método de síntesis hidrotermal / disolvente

Condiciones de reacción: en un autoclave cerrado, la temperatura es de 150 - 250 grados celsius, y la solución de agua a presión autosuficiente promueve la formación de núcleos y el crecimiento de cristales.

Aplicaciones características: matriz de nanocables de zno, nanotubos de titanato; La morfología se puede regular añadiendo tensoactivos.

Ventajas: el equipo es simple y de bajo costo, y es fácil obtener una estructura de forma especial a nivel nanométrico para mejorar la respuesta thz.

Avance del cuello de botella: el desarrollo de calefacción asistida por microondas acorta el tiempo de reacción hasta que se completa en pocas horas.

2. método Sol - Gel (proceso Sol - gel)

Vista general de los pasos: la despolimerización de la solución salina alcohólica metálica forma gel húmedo → secado y solidificación → tratamiento térmico para eliminar residuos orgánicos.

Factores clave de control: el pH ajusta la estabilidad del coloide; La selección de Agentes quelantes afecta la estructura de la red; El sistema de sinterización determina la densidad.

Limitaciones: la tasa de contracción es grande y fácil de agrietar, por lo que es necesario agregar agentes de formación de poros para mejorar la microestructura.