Doctor en Ingeniería Eléctrica / Los fotomezcladores Verticalmente Iluminados (VI) de Onda Viajera (TW) de Portadores Unipolares (UTC) son fuentes continuas de radiación de THz. Este dispositivo usa la conversión heterodino para generar señales de onda milimétrica. Este dispositivo genera además una corriente distribuida para incrementar su capacidad de manejar mayores cantidades de corriente y además eliminar la limitación de constante RC. Este trabajo se divide en simulaciones electromagnéticas de alta frecuencia y simulaciones de dispositivos semiconductores. Los estudios de dispositivos semiconductores se enfocan en el modelado numérico del fenómeno de transporte de portadres proveyendo una descripción cualitativa y cuantitativa del transporte de portadores en fotodiodos UTC. Como resultado del análisis de semiconductor, resultados de brecha de energía, espacio de carga, densidad electrónica, velocidad del electrón, todos ellos bajos diferentes valores de potencia de iluminación son presentados en esta sección. Una curva de responsividad versus potencia óptica se muestra también. Esta tesis desarrolla además simulaciones electromagnéticas de alta frecuencia para estudiar la propagación de la onda electromagnética a lo largo del dispositivo VI-TW-UTC. Los fotodiodos VI-TW-UTC ultra-rápidos requieren una capa base altamente dopada que hace de conexión conductora entre el fondo de la estructura mesa y los contactos metálicos de la capa base. Tal estructura se denomina mesa vertical p-i-n o de Uni-Portador. La capa base dopada tiene una fuerte influencia en las perdidas de THz. Por lo tanto, simulaciones electromagnéticas de alta frecuencia fueron ejecutadas en HFSS y CST Microwave Studio para estudiar las pérdidas de THz. El dispositivo VI-TW-UTC fue modelado como una línea de transmisión cuasi-coplanar (Q-CPW). Posteriormente, las pérdidas de THz fueron calculadas indirectamente a través de los parámetros de dispersión S21. Las simulaciones muestran un valle de baja pérdida cerca de la conductividad 5×〖10〗^4 Sm-1, en medio de un rango de conductividad de excesiva absorción de THz haciendo este valor la mejor elección para el rango de frecuencia de 0 a 2000 GHz. Adicionalmente, estructuras de Mushroom-CPW y Wall-CPW se desarrollaron y simularon en la presente tesis para comparar sus pérdidas de THz. Un modelo analítico describiendo la potencia entregada a la entrada de antena del fotomezclador se desarrolló. El modelo analítico tiene como variables de entrada la curva de responsividad versus potencia óptica y la absorción de THz. Como resultado, la conductividad de la capa base muy alta es necesaria para alcanzar una potencia de THz razonablemente alta. / Esta tesis de investigación fue financiada por la Comisión Nacional de Investigación Científica y Tecnológica CONICYT

Ingeniero Civil Electricista / Actualmente, los fotodetectores más veloces usados en el ámbito comercial son los fotodiodos P-I-N. Estos fotodiodos son capaces de alcanzar anchos de banda cercano a los 300 GHz. Una de sus principales limitaciones para alcanzar mayores amplitudes, es que tanto electrones como huecos contribuyen a la conducción eléctrica. Estos últimos, los huecos, por tener una masa efectiva mucho mayor que la de los electrones, limitan la respuesta en frecuencia del fotodiodo P-I-N, disminuyendo la velocidad de respuesta y por ende el ancho de banda. El Laboratorio de Fotónica de Tera-Hertz de la Universidad de Chile, en conjunto con el Departamento de Nanotecnología de la Universidad Tecnológica de Chalmers (Suecia), está desarrollando un nuevo prototipo de fotodiodo denominado TW-UTC-PD (Traveling-Wave Uni-Traveling Carrier Photodiode). Este tipo de fotodetector se encuentra en su etapa preliminar, por lo cual, se requiere de simulaciones para optimizar su diseño y desempeño. Dentro de este contexto, esta memoria está enfocada en desarrollar un modelo fenomenológico y analítico aproximado del dispositivo, simularlo en Wolfram MathematicasR y comparar los resultados con los modelos numéricos que se estás simulando en el estado del arte. De modo de estudiar el alcance del modelo en dos dimensiones (2D), para luego ser comparado con otros modelos numéricos en 3D que están siendo desarrollados. En la modelación del fotodetector se considera el comportamiento de UTC (Uni-Traveling Carrier) en su dimensión vertical, descrito según las ecuaciones de Drift-Diffusion, y en su dimensión longitudinal, el comportamiento de la señal es modelado como una onda viajera (Traveling-Wave) en una línea de transmisión. Ambos modelos convergen en una solución que busca eliminar los efectos capacitivos y de movilidad de sus predecesores convencionales. La incidencia del haz que estimula la generación de este fenómeno, puede ser producida mediante dos tipos de iluminación, una es a través de fibra óptica, o también conocida como edge-couple, y la otra con iluminación vertical. En este trabajo se modela con iluminación por fibra óptica, sin desmedro de que la técnica utilizada por el Laboratorio de Fotónica de la Universidad de Chile sea la iluminación vertical Por lo tanto, este trabajo se enfoca en estudiar el comportamiento del dispositivo en su región activa, o también llamada capa de absorción, comparándolo con el estado del arte en dispositivos de similares características. Se busca también, modelar el ancho de banda, la eficiencia y la potencia de salida del fotodiodo para converger en una herramienta de simulación y optimización del UTC-TW PD.