O processo de preparação de cristais de terahertz varia de acordo com sua área de aplicação (como comunicação, imagem, análise espectral, etc.) e tipo de material (semicondutores, cristais ópticos não lineares, ferroelétricos, etc.).

Aqui estão algumas das principais tecnologias de preparação de cristais de terahertz e seus passos-chave:

Método de crescimento (aplicável a monocristais de grande tamanho)

Método Czochralski (Czochralski Method)

Princípio: através do controle preciso do gradiente de temperatura, o cristal de semente lentamente extraído da fase líquida do estado fundido produz um único cristal de alta qualidade.

Materiais aplicáveis: GaP, GaAs, InP e outros semicondutores do grupo III-V; Também pode ser usado em alguns cristais de óxido (como zafir).

Pontos do processo:

Utilizando aquecimento por indução de RF ou aquecimento por resistência para manter a matéria prima derretida dentro do crucel;

A barra de semente giratória para transferência uniforme de massa, a velocidade de puxamento é geralmente de 0,1 ~ 2 mm / h;

Proteção dos gases inertes contra a poluição oxidativa;

O pós-tratamento inclui o cozimento para eliminar o estresse térmico.

Vantagens: pode crescer um único cristal de grande diâmetro e baixa densidade de defeito, adequado para produção em massa.

Desafio: O risco de polarização dos ingredientes é elevado e a concentração de impurezas (<1 ppm) é rigorosamente controlada.

Técnica de Bridgman

Características: fundição de coagulação direcionada vertical ou horizontal, usando gradientes de temperatura para o crescimento direcionado do cristal.

Versão melhorada: método de fusão de duas zonas para reduzir a introdução de impurezas; A supressão do campo magnético aumenta a uniformidade.

Requisitos do equipamento: sistema de controle de temperatura de alta precisão (± 0,1 ℃), forno vedado a vácuo.

Zona flutuante (Floating Zone, FZ)

Unicidade: nenhum contato com o crucel, fundindo localmente a matéria prima através da bobina de alta frequência e movendo a área de fusão para purificação e cristalização.

Aplicável: monocristal de silício de alta pureza (para substratos de detectores THz), certos compostos intermetais difíceis de fundir.

Vantagens: evitar a introdução de impurezas no recipiente, adequado para a preparação de materiais de ultra-alta pureza; Mas os equipamentos são complexos e com alto consumo de energia.

Série de Deposição Física Cristal de GHz (PVD)

Epitaxia de feixe molecular (MBE)

Mecanismo principal: Em um ambiente de vácuo ultra-alto, a fonte de elementos se deposita em um feixe atômico na superfície do substrato para formar uma película fina.

Parâmetros típicos: temperatura de base 300-600 ° C, taxa de crescimento 0,1-1 nm / s; Monitoramento in situ com Reflective High Energy Electron Diffractor (RHEED).

Materiais representativos: estrutura de armadilha quântica GaAs / AlGaAs, heterogênero de grafeno-nitreto de boro hexagonal.

Vantagens: A precisão da camada atômica controla a concentração de dopagem e as propriedades da interface, facilitando o projeto de dispositivos THz supercondutores.

Limitações: alto custo, baixa produção, adequado apenas para pesquisa e desenvolvimento em escala de laboratório.

Deposição a laser pulsada (Pulsed Laser Deposition, PLD)

Resumo do processo: O laser de pulso focado bombardeia o alvo para produzir uma forma de pluma de plasma, condensada em uma membrana sobre o substrato.

Ponto de otimização do processo: ajustar a densidade de energia do laser, a pressão do gás de fundo (condutividade regulada pela pressão parcial do oxigênio); Realize estruturas compostas de camadas múltiplas usando deposição alternada de vários alvos.

Atenção: é necessário proteger contra a poluição por salpicaduras de partículas e pode usar manchas a laser digitalizadas para ampliar a uniformidade.

Pulverização por magnetrón (Magnetron Sputtering)

Mecanismo de funcionamento: os íons de argônio bombardeiam o alvo para que seus átomos escapassem e se depositassem em um substrato de baixa temperatura.

Vantagens destacadas: o processo de baixa temperatura é compatível com o substrato flexível (PET / PI), adequado para revestimentos uniformes de grandes áreas.

Estratégia de modificação: pulverização de reação introduz nitrogênio para formar revestimento de cerâmica de nitreto; Co-pulverização ajusta a proporção química.

Problemas comuns e soluções: a estrutura de grão de coluna resulta em alta porosidade → aumento da pressão parcial para aumentar a densidade do bombardeio iônico.

Rota de solução química de cristal de terahertz

1. Síntese térmica de água térmica / solvente

Condições de reação: dentro de uma pressurizadora fechada, a temperatura de 150-250 ° C, a solução aquática sob pressão biológica promove o crescimento do núcleo de cristal.

Aplicações: ZnO nanofio matriz, nanotubos de titanato; A aparência pode ser regulada através da adição de surfactantes.

Vantagens: O custo simples do dispositivo é baixo e a estrutura heterogênica de nanoescala é facilmente acessível para melhorar a resposta THz.

Gargalo de garrafa: O desenvolvimento de aquecimento auxiliar de microondas reduziu o tempo de resposta a algumas horas.

Processo sol-gel (em inglês)

Visão geral das etapas: Deshidrogenação de álcool metálico para formar gel úmido → curação seca → tratamento térmico para remover resíduos de matéria orgânica.

Fatores-chave de controle: o pH regula a estabilidade colóide; A seleção do agente quelante afeta a estrutura da rede; O sistema de sinterização determina a densidade.

Limitações: A contração é fácil de quebrar e é necessário adicionar um agente poroso para melhorar a microestrutura.