Verlag des Forschungszentrums Jülich
JUEL-2895
Hollricher, Olaf
Elektrooptische Höchstfrequenzuntersuchungen an Supraleitern und Halbleitern
102 S., 1994
Die Herstellung von immer schnelleren elektronischen Bauelementen ist erne grofie
Herausforderung fur viele Physiker und Ingenieure. Es ergibt sich aber ein prinzipielles Dilemma,
wenn eine elektronische Apparatur zur Untersuchung des zeitlichen Schaltverhaltens der jeweils
neusten, und darnit schnellsten Bauelemente eingesetzt werden soli. Wie soll man mit schnellen
Bauelementen ein noch schnelleres Bauelement ausmessen?
Dieses Dilemma kann dadurch uberwunden werden, daf ein optisches Verfahren einsetzt wird,
urn eine elektrische Response-Funktion zu vermessen. Ahnlich wie man mit stroboskopischen
Lichtblitzen die Zundung eines Benzinmotors kontrolliert und einstellt und so die schnelle
Bewegung der Kurbelwelle "einfriert", läßt sich mit ultrakurzen Laserpulsen beispielsweise auch
das Voranschreiten eines elektrischen Pulses auf einer Verbindungsleitung einfrieren und Punkt
fur Punkt abtasten, Eine andere wichtige Anwendung ist die Analyse des Schaltverhaltens eines
Transistors.
Fur das weitere Verstandnis ist es wichtig, sich einige Eigenschaften kurzer Lichtpulse zu
vergegenwärtigen.
Der eingesetzte Laser Iiefert Pulse von etwa 0,75 11m Wellenlange und 100 fs (1 fs = 10-15 s)
Dauer. Ein solcher Puls hat eine Länge von 30 11m und enthält daher nur ca. 40 Wellenzuge.
Mit Hilfe von halbleitenden Photodetektoren ist es möglich, mit diesem Lichtpuls von 100fs
Dauer mittels Erzeugung von Elektron-Loch-Paaren einen elektrischen Puis zu erzeugen, der
kurzer als 1 ps (1 ps = 10-12 s) sein Kanno
Elektrische Pulse lassen sich bei geeigneter Wahl der Geornetrie durch ihre elektrischen Felder
nachweisen, da die elektrischen Felder den Brechungsindex von elektrooptischen Materialien
verandern, Diese Brechungsindexanderung ist ein sehr schneller Vorgang und dauert in einigen
Materialien nur ca. 100 fs.
Brechungsindexanderungen wiederum kann man mit optischen Verfahren nachweisen. Damit
schlielst slch der Kreis:
Lichtpuls q Spannungspuls q Testobjekt q elektrischer Response q optischer Sensor (via
Brechungsindex) q optischer Nachweis
Das elektronische Bauelement wird damit sowohl optisch angeregt, als auch optisch vermessen.
Dieses Verfahren wird elektrooptisches Sampling genannt....
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