Terahertz-Detektoren mit halbmetallischen und halbleitenden Quantengräben

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung und Erforschung geeigneter THz-Detektoren, die sowohl eine hohe Empfindlichkeit, hohe Detektivität und spektrale Durchstimmbarkeit besitzen. Die Detektion beruht hier auf optisch oder thermisch angeregten Übergängen zwischen Landauniveaus, wobei die Energielücke zwischen zwei Landau-Niveaus mit einem Magnetfeld durchgestimmt werden kann. Da die Energielücken zwischen Landau-Niveaus in typischen Quanten-Hall-Systemen (QHS) bei etwa 7-12 meV liegen, was Zyklotronresonanzfrequenzen von 1.7-2.9 THz entspricht, kommen die QHS als THz-Detektoren in Frage. Zur optischen Anregung steht uns ein p-Germanium-Laser zur Verfügung, der zwischen 1.7 und 2.5 THz (lambda=120-180 mikrometer) durchstimmbar ist. Der Laser arbeitet im Impulsbetrieb (Impulslänge einstellbar zwischen 0.3 und 50 mikrosekunde, Wiederholrate 1 Hz) und wird mit einer Starkstrom-Impulsquelle (durch ein Modul mit Feldeffekt-Transistoren, FET) elektrisch gepumpt. Die Messungen wurden an HgTe/HgCdTe und InSb/AlInSb-Strukturen bei tiefen Temperaturen (T=4K) und bei hohen Magnetfeldern 0T<B<7T durchgeführt. Alle Proben wurden charakterisiert, bevor sie der THz-Strahlung ausgesetzt wurden. Die Messungen zur Untersuchung der Fotoleitfähigkeit wurden an QH-Proben in Corbino-Geometrie durchgeführt, da hier eine impedanzangepasste Messung des Fotosignals mit einer Hochfrequenz-Apparatur möglich ist. Das Fotosignal wird durch Überlagerung des Zyklotronresonanz-(ZR)- und des Bolometer-Effektes erklärt. Weiterhin haben wir die Transmission von THz-Wellen durch unsere Proben bei verschiedenen Photonenenergien in Arbeitsbereich unseres Lasers gemessen, dadurch werden die Zyklotronmasse bestimmt. Die spektrale Auflösung als anwendungsrelevante Größe konnte aus magnetfeldabhängigen Messungen bestimmt werden. Durch ausführliche zeitaufgelöste Messungen wurde die Relaxationszeit in Abhängigkeit vom Lastwiderstand bestimmt. Folglich können wir aus den Messergebnissen schließen, dass die beiden Materialsysteme (HgTe/HgCdTe, InSb/AlInSb) als THz-Detektoren bei Magnetfeldern unter 2 T geeignet sind.