Design und Realisierung GaN-HEMT basierter THz-Detektoren

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In dieser Arbeit wird die Realisierung von THz-Detektoren mittels eines niederfrequenten Standard MMIC Prozesses erläutert. Die theoretischen Grundlagen des Detektionsmechanismus werden hergeleitet, um die Interaktion der einzelnen Detektorelemente zu verstehen. Die Detektoren basieren auf einem GaN-on-SiC-HEMT-MMIC-Prozess und umfassen verschiedene Antennendesigns wie Bow-Tie-Antennen, logarithmische Spiralantennen und komplementäre Schlitz-Antennenkonfigurationen. Ein neuartiges Design wurde entwickelt und erfolgreich in Japan, den USA und der EU patentiert. Die Detektorstruktur wird durch Simulationen und den Vergleich mit Messungen an gefertigten THz-Detektoren validiert. Trotz bestehender Unsicherheiten bei Messungen und Modellen zeigen die Ergebnisse zwischen 0,1 THz und 1,2 THz eine gute Übereinstimmung. Ein zentraler Bestandteil der Arbeit ist die Kombination einer 3D-EM-simulierten passiven Antennenstruktur mit einem Modell des inneren Transistors zur Gesamtsimulation der Detektorstruktur. Die realisierten THz-Detektoren mit innovativen Antennen sind bei Raumtemperatur besonders empfindlich und repräsentieren den aktuellen Entwicklungsstand in diesem Bereich. Der Hauptdetektionsmechanismus basiert auf resistivem Selbstmischen, was den Detektoren ein schnelles Ansprechverhalten bei hoher Linearität verleiht.