Charactersation and modeling of terahertz devices. Caractérisation et modélisation de composants terahertz

Archive ouverte : Thèse

Froberger, Kévin

Edité par HAL CCSD

The terahertz domain is a frequency range, which interest keeps growing because of its properties. Because of the low energy of the photons, it becomes possible to use it for medical imaging, non destructive testing in the industry or even learn about the celestial objects around us. Its high frequencies also allow to increase the data bit rate, which is currently one of the main point of interest. This PhD thesis is mainly based on this aspect of the terahertz domain even though it is not completly restrained to it. The increase of telecommunication frequencies allows an increase in data rate but requires to find and optimize new sources and antennas. Therefore, simulations of a Uni-Travelling Carrier photodiode (UTC photodiode) structure were done in order to increase its photoresponse. A second part of this thesis is about the design, the fabrication and the characterization of a new kind of antenna which goal is to be broadband and to allow the transmission of signals which frequencies are over 300 GHz. In all its applications, the terahertz domain could be difficiult to grasp because its waves are invisible to the human eye. As a result, it would be useful to develop cameras to see those beams. The last part of the thesis is about the detection of signals at 2.5 THz where we propose two designs of a micro thermo-opto-mechanical system (MEMS). The systems are then fabricated and measured. The final goal would be to be able to use it as a single pixel in a terahertz camera at this frequency. . Le domaine térahertz est un domaine de fréquences de plus en plus étudié à cause des propriétés particulières de ce rayonnement. La faible énergie des photons permet notamment de faire de l’imagerie médicale, du contrôle non destructif dans l’industrie ou encore d’étudier les astres qui nous entourent. Les fréquences mises en jeu pourraient aussi permettre d’augmenter le débit des télécommunications, ce qui est un sujet majeur de recherche à l’heure actuelle. C’est sur ce dernier aspect que se base cette thèse sans se restreindre uniquement à ce domaine. La montée en fréquence permettant l’augmentation du débit impose de trouver et d’optimiser de nouvelles sources et de nouvellesantennes. Ainsi, la simulation d’une structure de photodiode à transport unipolaire, ou Uni-Travelling Carrier PhotoDiode (photodiode UTC) est réalisée et permet de valider l’optimisation de sa photo-réponse et aborde la dynamique de celle-ci. Une seconde partie concerne la conception et la démonstration d’un nouveau concept d’antenne dont l’objectif est d’être large bande et de permettre la transmission de signaux à plusieurs centaines de GHz. Outre les télécommunications, le domaine térahertz peut être difficile à appréhender, car ses ondes sont invisibles à l’oeil humain, il peut donc être utile de développer des caméras permettant la visualisation de ses faisceaux. La dernière partie de la thèse se positionne dans le cas particulier de la détection de signaux à 2.5 THz. L’objectif est de proposer une architecture d’un capteur micro système mécanico-électrique ou MicroElectroMechanical System (MEMS) opto-thermo-mécanique, de le fabriquer et de le mesurer pour pouvoir l’utiliser, par exemple, dans une caméra à cette fréquence particulière.

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