Comptes Rendus
no. 2
Electro-absorption sampling at terahertz frequencies in III-V semiconductors
[Échantillonnage par électro-absorption aux fréquences térahertz dans les semiconducteurs III-V]
Jean-François Lampin1  ; Ludovic Desplanque1  ; Francis Mollot1
1 Institut d'électronique de microélectronique et de nanotechnologie, UMR CNRS 8520, avenue Poincaré, B.P. 60069, 59652 Villeneuve d'Ascq, France
Comptes Rendus. Physique, Volume 9 (2008) no. 2, pp. 153-160.

Cet article résume les récentes avancées dans le développement d'une nouvelle technique d'échantillonnage pour les signaux électriques ultra-rapides. Elle est basée sur le phénomène d'électroabsorption des semiconducteurs (effet Franz–Keldysh). Nous démontrons qu'il est utilisable jusqu'aux fréquences térahertz. Nous exposons la théorie et nous montrons deux schémas expérimentaux. Le premier utilise le substrat semiconducteur (échantillonnage interne). Le deuxième utilise une petite sonde semiconductrice placée sur le circuit (échantillonnage externe). Dans ce dernier cas, la résolution temporelle théorique est d'environ 200 fs. En pratique, nous mesurons un temps de montée d'environ 500 fs avec une dynamique de 60 dB.

We review recent advances in the development of a new sampling technique for ultra high-speed electrical signals. It is based on the electro-absorption phenomena in semiconductors (Franz–Keldysh effect). We demonstrate that it is usable up to the terahertz range. The theory is exposed and we show two practical set-ups. The first uses the semiconductor substrate (internal sampling). The second uses a small semiconductor probe bonded on the circuit (external sampling). In this last case, the theoretical temporal resolution is about 200 fs. In practice, we measure a risetime of about 500 fs with 60 dB of dynamic range.

Publié le :
DOI : 10.1016/j.crhy.2008.02.001
Keywords: Terahertz pulses, Electro-absorption, Sampling, Low temperature grown gallium arsenide
Mot clés : Impulsions térahertz, Électro-absorption, Échantillonnage, Arséniure de gallium épitaxié à basse température
Jean-François Lampin 1 ; Ludovic Desplanque 1 ; Francis Mollot 1

1 Institut d'électronique de microélectronique et de nanotechnologie, UMR CNRS 8520, avenue Poincaré, B.P. 60069, 59652 Villeneuve d'Ascq, France 
@article{CRPHYS_2008__9_2_153_0,
     author = {Jean-Fran\c{c}ois Lampin and Ludovic Desplanque and Francis Mollot},
     title = {Electro-absorption sampling at terahertz frequencies in {III-V} semiconductors},
     journal = {Comptes Rendus. Physique},
     pages = {153--160},
     publisher = {Elsevier},
     volume = {9},
     number = {2},
     year = {2008},
     doi = {10.1016/j.crhy.2008.02.001},
     language = {en},
}
TY  - JOUR
AU  - Jean-François Lampin
AU  - Ludovic Desplanque
AU  - Francis Mollot
TI  - Electro-absorption sampling at terahertz frequencies in III-V semiconductors
JO  - Comptes Rendus. Physique
PY  - 2008
SP  - 153
EP  - 160
VL  - 9
IS  - 2
PB  - Elsevier
DO  - 10.1016/j.crhy.2008.02.001
LA  - en
ID  - CRPHYS_2008__9_2_153_0
ER  - 
%0 Journal Article
%A Jean-François Lampin
%A Ludovic Desplanque
%A Francis Mollot
%T Electro-absorption sampling at terahertz frequencies in III-V semiconductors
%J Comptes Rendus. Physique
%D 2008
%P 153-160
%V 9
%N 2
%I Elsevier
%R 10.1016/j.crhy.2008.02.001
%G en
%F CRPHYS_2008__9_2_153_0
Jean-François Lampin; Ludovic Desplanque; Francis Mollot. Electro-absorption sampling at terahertz frequencies in III-V semiconductors. Comptes Rendus. Physique, Volume 9 (2008) no. 2, pp. 153-160. doi : 10.1016/j.crhy.2008.02.001. https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/physique/articles/10.1016/j.crhy.2008.02.001/

[1] D. Dragoman; M. Dragoman Terahertz fields and applications, Prog. Quantum Electron., Volume 28 (2004), p. 1

[2] A. Zeng; S.A. Shah; M.K. Jackson Reduced invasiveness of noncontact electrooptic probes in millimeter-wave optoelectronic characterization, IEEE Trans. Microwave Theory Tech., Volume 44 (1996), p. 1155

[3] C. Gutton Sur la vitesse de propagation des ondes électromagnétiques le long d'une ligne de fils métalliques, C. R. Acad. Sci., Volume 153 (1911), p. 1002

[4] M. Nagel; C. Meyer; H.-M. Heiliger; T. Dekorsy; H. Kurz; R. Hey; K. Ploog Optical second-harmonic probe for ultra-high frequency on-chip interconnects with benzocyclobutene, Appl. Phys. Lett., Volume 72 (1998), p. 1018

[5] P.Y. Yu; M. Cardona Fundamentals of Semiconductors, Physics and Materials Properties, Springer, 1996

[6] E. Rosencher; B. Vinter Optoélectronique, Masson, Paris, 1998

[7] B.R. Bennett; R.A. Soref Electrorefraction and electroabsorption in InP, GaAs, GaSb, InAs, and InSb, IEEE J. Quantum Electron., Volume QE-23 (1987), p. 2159

[8] W. Franz Einfluss eines elektrischen feldes auf eine optische absorptionskante, Z. Naturforsch., Volume 13a (1958), p. 484

[9] Y. Yacoby High-frequency Franz–Keldysh effect, Phys. Rev., Volume 169 (1968), p. 610

[10] J.-F. Lampin; L. Desplanque; F. Mollot Detection of picosecond electrical pulses using the intrinsic Franz–Keldysh effect, Appl. Phys. Lett., Volume 78 (2001), p. 4103

[11] L. Desplanque; J.-F. Lampin; F. Mollot Generation and detection of terahertz pulses using post-process bonding of low-temperature-grown GaAs and AlGaAs, Appl. Phys. Lett., Volume 84 (2004), p. 2049

[12] L. Desplanque; E. Peytavit; J.-F. Lampin; D. Lippens; F. Mollot Shock wave coupling between terahertz transmission lines on GaAs, Appl. Phys. Lett., Volume 83 (2003), p. 2483

[13] L. Desplanque, Caractérisation électro-optique de composants térahertz par échantillonnage Franz–Keldysh subpicoseconde, Thèse de Doctorat de l'Université des Sciences et Technologies de Lille, 2003

[14] T. Akalin, J.-F. Lampin, L. Desplanque, E. Peytavit, A. Treizebré, Propagation of terahertz pulses along planar Goubau lines, in: Joint 31st International Conference on Infrared and Millimeter Waves and 14th International Conference on Terahertz Electronics, Shangai, China, 2006

[15] T. Crépin; J.F. Lampin; T. Decoopman; X. Mélique; L. Desplanque; D. Lippens Experimental evidence of backward waves on terahertz left-handed transmission lines, Appl. Phys. Lett., Volume 87 (2005), p. 104105

[16] E. Peytavit; J.-F. Lampin; T. Akalin; L. Desplanque Integrated terahertz TEM horn antenna, Electron. Lett., Volume 43 (2007), p. 73

[17] A. Beck, J.-F. Lampin, M. Zaknoune, L. Desplanque, F. Mollot, Sub-picosecond time-domain measurement of heterojunction bipolar transistors and photodiodes, in: Joint 31st International Conference on Infrared and Millimeter Waves and 14th International Conference on Terahertz Electronics, Shangai, China, 2006

[18] H.El. Aabbaoui, B. Gorisse, N. Rolland, A. Benlarbi-Delai, J.-F. Lampin, P.-A. Rolland, V. Allouche, N. Fel, B. Riondet, P. Leclerc, 20 GHz bandwidth digitizer for single shot analysis, in: IEEE International Symposium on Circuits and Systems, Island of Kos, Greece, 2006

Cité par Sources :

Commentaires - Politique

Ces articles pourraient vous intéresser

Terahertz photomixers based on ultra-wideband horn antennas

Alexandre Beck; Tahsin Akalin; Guillaume Ducournau; ...

C. R. Phys (2010)

Phase-shift, refraction and focusing based on the metamaterial technologies

Didier Lippens

C. R. Phys (2009)

Ion-irradiated In0.53Ga0.47As photoconductive antennas for THz generation and detection at 1.55 μm wavelength

Juliette Mangeney; Paul Crozat

C. R. Phys (2008)