DE10006361A1

DE10006361A1 - Miniaturized terahertz radiation source, has element such as field emitter, electrostatic lens, beam deflector, metal grid and second anode mounted on semiconducting chip by nanolithography

Info

Publication number: DE10006361A1
Application number: DE10006361A
Authority: DE
Inventors: Tobias Bauer; Wolfgang Elsaeser; Flip Floreani; Hartmut Roskos; Hans Wilfried Peter Koops
Original assignee: Deutsche Telekom AG
Current assignee: Nawotec GmbH
Priority date: 1999-05-25
Filing date: 2000-02-12
Publication date: 2000-11-30
Also published as: DE50009427D1

Abstract

The radiation source is based on the Smith-Purcell effect, whereby an energetic bundle of electrons is passed at a defined distance above a metal rod grid so that an electromagnetic wave is emitted with wavelength adjustable by varying the periodicity of the bridges the and electron speed. The elements of the radiation source, such as a field emitter (1), an electrostatic lens (4), a beam deflector (5), the metal grid (7) and a second anode (8), are mounted on a semiconducting chip with the aid of additive or conventional nanolithography.

Description

Die Erfindung betrifft eine miniaturisierte Terahertz- Strahlungsquelle basierend auf dem Smith-Purcell-Effekt nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a miniaturized terahertz Radiation source based on the Smith-Purcell effect according to the preamble of claim 1.

Es ist grundsätzlich bekannt, daß kohärente Strahlung bei bestimmten Frequenzen im fernen Infrarotbereich zum Beispiel durch Moleküllaser, die mit CO₂-Lasern gepumpt werden, erzeugt werden kann. Im Wellenlängenbereich von 3 mm bis 30 µm (von 100 Gigahertz bis 10 Terahertz) liegen viele der für die Spektroskopie von Molekülen und Festkörpern interessierenden Frequenzen und Wellenlängen. Der Einsatz einer auf einem Halbleiterchip eines Wavers realisierten und im Wellenlängenbereich durchstimmbaren Mikrostrahlungsquelle für diesen Bereich der Terahertz- Strahlung mit ausreichender Ausgangsleistung im Bereich zwischen 1 µW und 1 W ist von hoher technischer Bedeutung für spektroskopische Anwendungen in allen Fragen des Umweltschutzes, der Analytik und Materialcharakterisierung in Medizin und Biologie sowie der Chemie und Physik. Eine weitere Möglichkeit kohärente Strahlung im fernen Infrarotbereich zu generieren beruht auf dem sogenannten Smith-Purcell-Effekt. Die Strahlung wird hierbei in ähnlicher Weise generiert wie es beim "freien Elektronenlaser" bekannt ist. Hier wird mit Hilfe von makroskopischen Elektronenquellen und Beugungsgittern mit 100 bis 300 µm Periode ein kohärentes Strahlungsfeld mit polarisierter Strahlung mit bis zu 1 µW Leistung erzeugt.It is known in principle that coherent radiation can be generated at certain frequencies in the far infrared range, for example by molecular lasers which are pumped with CO ₂ lasers. Many of the frequencies and wavelengths of interest for the spectroscopy of molecules and solids lie in the wavelength range from 3 mm to 30 µm (from 100 gigahertz to 10 terahertz). The use of a micro radiation source realized on a semiconductor chip of a wave and tunable in the wavelength range for this range of terahertz radiation with sufficient output power in the range between 1 µW and 1 W is of great technical importance for spectroscopic applications in all questions of environmental protection, analysis and material characterization in medicine and biology as well as chemistry and physics. Another way of generating coherent radiation in the far infrared range is based on the so-called Smith-Purcell effect. The radiation is generated in a manner similar to that known from the "free electron laser". Here, with the help of macroscopic electron sources and diffraction gratings with a period of 100 to 300 µm, a coherent radiation field with polarized radiation with up to 1 µW power is generated.

Unter dem Titel "Intensity of Smith-Purcell radiation in the relativistic regime" von J. Walsh, K. Woods, S. Yeager, Department of Physics and Astronomy, Dartmouth College, Hanover, NH 03755, USA, pages 277-279, ist die Theorie derartiger Smith-Purcell-Strahlungsquellen angegeben und diskutiert und außerdem sind in diesem Artikel experimentelle Ergebnisse angegeben. Weiterhin Äst in dem Artikel im LEOS NEWSLETTER, February, 1999 von J. E. Walsh, J. H. Brownell, J. C. Swartz, Department of Physics and Astronomy, Dartmouth College, Hanover, New Hampshire 03755- 3528 und M. F. Kimmitt, Department of Physics, Essex University, Colchester, UK, January 7, 1999, pages 11-14, grundsätzlich der Aufbau und die Wirkungsweise einer Strahlungsquelle im Terahertz-Gebiet unter dem Titel "A New Source of THz-FIR Radiation" beschrieben. Diese bekannten Terahertz-Strahlungsquellen sind zwar durchaus leistungsfähig, reichen jedoch für viele analytische Anwendungen noch nicht aus und sind noch nicht genügend miniaturisiert.Under the title "Intensity of Smith-Purcell radiation in the relativistic regime "by J. Walsh, K. Woods, S. Yeager, Department of Physics and Astronomy, Dartmouth College, Hanover, NH 03755, USA, pages 277-279, is the theory of such Smith-Purcell radiation sources and discussed and also are in this article experimental results given. Continue knots in the Article in LEOS NEWSLETTER, February, 1999 by J. E. Walsh, J.H. Brownell, J.C. Swartz, Department of Physics and Astronomy, Dartmouth College, Hanover, New Hampshire 03755- 3528 and M. F. Kimmitt, Department of Physics, Essex University, Colchester, UK, January 7, 1999, pages 11-14, basically the structure and mode of operation of a Radiation source in the Terahertz region under the title "A New Source of THz-FIR Radiation ". These known Terahertz radiation sources are indeed powerful, but sufficient for many analytical Applications are not yet out and are not enough miniaturized.

Ein weiter miniaturisierter freier Elektronenlaser für analytische Anwendungen in Form einer leistungsfähigeren Quelle ist deshalb wünschenswert.Another miniaturized free electron laser for analytical applications in the form of a more powerful Source is therefore desirable.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine miniaturisierte Terahertz-Strahlungsquelle basierend auf dem Smith-Purcell-Effekt auf einem Halbleiterchip mit Hilfe der bekannten additiven Nanolithographie zu schaffen, die als miniaturisierter freier Elektronenlaser arbeitet, wesentlich leistungsfähiger ist als die bisherigen entsprechenden Strahlungsquellen und einen wesentlich größeren Anwendungsbereich, insbesondere für analytische Anwendungen ermöglicht.The invention is therefore based on the object miniaturized terahertz radiation source based on the Smith-Purcell effect on a semiconductor chip with the help the known additive nanolithography to create the works as a miniaturized free electron laser, is much more powerful than the previous ones corresponding radiation sources and one essential Larger scope, especially for analytical Applications.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 charakterisiert. The achievement of the object according to the invention is characteristic characterized in claim 1.

Weitere Lösungen bzw. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 23 charakterisiert.Further solutions or refinements of the invention are in characterized the claims 2 to 23.

Durch die Anwendung der additiven Nanolithographie für die Herstellung von derartigen miniaturisierten Terahertz- Strahlungsquellen wird die Realisierung von Feldelektronenquellen hohen Richtstrahlwertes erreicht. Durch zusätzliche miniaturisierte elektronenoptische Elemente wie Beschleunigungsgitter, Fokussierungslinsen, Strahlablenker und freistehende metallische Stäbe kann nun in Zusammenfügung der Komponenten ein miniaturisierter freier Elektronenlaser auf einer Fläche von wenigen 100 µm² bis 10 mm² aufgebaut werden. Die Elektronenquelle hat dabei die Charakteristik, bei 30 Volt Elektronen zu emittieren, die dann eine Energie von 30 Elektronenvolt besitzen. Durch die Anwendung der Nanolithographie ist es möglich, die zweite charakteristische Komponente der Fokussierung und Strahlführung des Elektronenstrahles parallel zur Oberfläche in einem endlichen Abstand von der dritten Komponente, einem metallischen Gitter, zu führen. Die Höhenlage des Strahls über dem metallischen Gitter kann ebenfalls durch Ablenkspannungen eingestellt werden, die an mikrominiaturisierte Ablenkplatten bzw. Drahtlinsen angelegt werden. Das Beugungsgitter, möglichst bis zu einem Millimeter lang, ein Metallgitter mit einer Gitterkonstante im Bereich von 0,1 mm bis 0,1 µm, kann durch konventionelle Lithographie bei der Herstellung der elektrischen Anschlußstrukturen zur Versorgung der Feldelektronenquelle erzeugt werden bzw. durch Elektronenstrahllithographie mit höchster Auflösung definiert werden.Through the use of additive nanolithography for the production of such miniaturized terahertz radiation sources, the realization of field electron sources with a high directional beam value is achieved. Additional miniaturized electron-optical elements such as accelerating grids, focusing lenses, beam deflectors and free-standing metal rods can now be used to assemble the components to create a miniaturized free electron laser on an area of a few 100 µm ² to 10 mm ² . The electron source has the characteristic of emitting electrons at 30 volts, which then have an energy of 30 electron volts. By using nanolithography, it is possible to guide the second characteristic component of the focusing and beam guidance of the electron beam parallel to the surface at a finite distance from the third component, a metallic grid. The height of the beam above the metallic grid can also be adjusted by means of deflection voltages which are applied to microminiaturized deflection plates or wire lenses. The diffraction grating, if possible up to one millimeter long, a metal grating with a grating constant in the range from 0.1 mm to 0.1 µm, can be produced by conventional lithography in the manufacture of the electrical connection structures for supplying the field electron source or by electron beam lithography with the highest Resolution can be defined.

Mit Vorteil wird eine hochauflösende Doppellacktechnik und Lift-Off angewandt. Bei der vorliegenden Lösung wird durch den Einsatz der neuartigen Technologien die Integration der Elektronenquelle, die Strahlführung und die Erzeugung der Ferninfrarotstrahlung durch den Flug der schnellen Elektronen über die Beugungsgitter hinweg erzielt. Dabei werden bei standardmäßigen Quellen bis ca. 20.000 Volt Beschleunigungsspannung und einem Elektronenstrahl von 20 µm Durchmesser über einem Gitter von 100 bis 300 µm Periode, eine Infrarotstrahlung im fernen Infrarot zwischen 100 µm und einem Millimeter Wellenlänge erzielt. Diese Strahlung entsteht durch die beim Vorbeiflug der Elektronen schwingende Bildladung, die wegen dem Oberflächenprofil des Gitters schwingt. Durch den wechselnden Abstand der Ladungen entsteht ein schwingender Dipol, der längs des Gitters in kohärenter Weise schwingt. Dies erfolgt durch die Coulomb-Wechselwirkung der einzelnen Ladungen auf den Drähten. Dabei schwingt entsprechend der einzelnen Ladungen der Stäbe das gesamte elektrische Feld kohärent. Auf diese Weise wird längs des ganzen Gitters kohärent elektromagnetische Strahlung abgestrahlt. Ihr Energietransfer erfolgt nahezu verlustlos aus dem Elektronenstrahl in die elektromagnetische Strahlung. Die Polarisation erfordert einen gewissen Verschiebestrom und damit eine gewisse Leistung, aber diese wird voll direkt dem Strahl entzogen und auf diese Weise wird die schwingende Dipol-Ladungskette erzeugt. Neuartig ist auch die auf einem Chip integrierte Führung der Elektronen und die direkte Kopplung an das Gitter mit hoher örtlicher Auflösung im Herstellungsprozeß, ebenso die durch die Mikrominiaturisierung möglich werdende Verwendung von niederenergetischen Elektronen mit Energien zwischen 10 und 1000 eV. Es ist auch möglich, bis zu 10 kV Elektronen auf dem Chip zu erzeugen und die Führung durch miniaturisierte elektronenoptische Bauelemente wie Mikrolinsen und Ablenkelemente zu realisieren. A high-resolution double-lacquer technique and Lift-off applied. In the present solution is by the use of new technologies the integration of Electron source, the beam guidance and the generation of the Far infrared radiation from the flight of the fast Electrons obtained across the diffraction gratings. Here with standard sources up to approx. 20,000 volts Acceleration voltage and an electron beam of 20 µm diameter over a grid of 100 to 300 µm Period, an infrared radiation in the far infrared between 100 µm and a millimeter wavelength achieved. This Radiation is created by the electrons flying by vibrating image charge, which is due to the surface profile of the Grid swings. Due to the changing distance of the A vibrating dipole is formed along the charge Grid vibrates in a coherent manner. This is done by the Coulomb interaction of the individual charges on the Wires. It vibrates according to the individual loads of the bars the entire electric field is coherent. To this Wise becomes coherent along the entire grid emitted electromagnetic radiation. you Energy transfer takes place almost without loss from the Electron beam in the electromagnetic radiation. The Polarization requires a certain shift current and a certain achievement, but this becomes fully direct withdrawn from the beam and in this way the vibrating dipole charge chain generated. It is also new the guidance of the electrons and integrated on a chip direct coupling to the grid with high local Dissolution in the manufacturing process, as well as by the Microminiaturization possible use of low energy electrons with energies between 10 and 1000 eV. It is also possible to get up to 10 kV electrons generate the chip and guide through miniaturized electron optical components such as microlenses and Realize deflection elements.

Bei der Verwendung derart energiereicher Elektronen ist auch die Erzeugung von Strahlung bei kurzen Wellenlängen vom mittleren infraroten bis hin zum sichtbaren Spektralbereich möglich. Durch Fertigung auf dem gemeinsamen Substrat ist die direkte Ankopplung an das Gitter auf kürzester Strecke zur Quelle und die Herstellung des Gitters und der Quelle auf demselben Chip gewährleistet. Dadurch wird der Strahlengang der Elektrodenanordnung, der im herkömmlichen Ausführungsfall bis zu einem Meter beträgt, auf unter 1 mm bis 10 mm Länge reduziert. Außerdem wird eine sehr hochkohärente und lokale Lichtquelle erzeugt, was der zeitlichen und der räumlichen Kohärenz der Strahlung zugute kommt. Durch die stärkere Verkürzung des gesamten Elektronenweges ist es nicht mehr erforderlich, Höchstvakuum oder Hochvakuum im Strahlraum anzuwenden. Es ist ausreichend, in einer Flipchip-Bond- Technik das System durch ein in Silizium geätztes Fenster abzudecken. Dieses Fenster ist durch eine durchgehende Membran aus Silizium geschlossen, wodurch ein Hohlraum ermöglicht wird. Das bis zu 10 µm hohe Bauelement ist in dem Hohlraum leicht unterzubringen. Typischerweise ätzt man in ein Siliziumwafer von 250 µm Dicke Fenster von einigen Millimetern Durchmesser, die durch eine Membran mit einer Dicke von 10 µm bis 100 µm abgeschlossen sind. Auf diese Weise ist eine stabile mechanische Kapselung des miniaturisierten Bauelements möglich. Es kann aber auch in mikromechanischer Weise mit Millimeter-Dimensionen gefertigt werden. Das erforderliche Vakuum beträgt dabei ca. 0,01 Torr. In diesem Fall ist dann die mittlere freie Weglänge der Elektronen in diesem Gas verminderten Drucks so groß wie die Strahllänge des miniaturisierten Bauelements. Auf diese Weise ist keine Pumpenanordnung mehr erforderlich, was von großem Vorteil ist. Das Bauelement kann als gefertigtes abgeschlossenes Element abgepackt und angeschlossen werden. Es ist auf diese Weise möglich, auf einem Halbleiterchip eine Terahertz-Strahlungsquelle, das heißt eine Millimeter- und Submillimeter-Strahlungsquelle zu erzeugen, die durch entsprechende Wellenführung an weiterführende Anwendungen angeschlossen werden kann.When using such high energy electrons also the generation of radiation at short wavelengths from the middle infrared to the visible Spectral range possible. By manufacturing on the common substrate is the direct coupling to the Grid on the shortest route to the source and manufacture of the grid and the source on the same chip guaranteed. This will make the beam path Electrode arrangement, which in the conventional embodiment is up to one meter, less than 1 mm to 10 mm in length reduced. It also becomes a very highly coherent and local Light source creates what is temporal and spatial Coherence of the radiation benefits. By the stronger It is no longer a shortening of the entire electron path required, maximum vacuum or high vacuum in the blasting chamber to apply. It is sufficient in a flip chip bond Technology the system through a window etched in silicon to cover. This window is through a continuous Silicon membrane closed, creating a cavity is made possible. The component, which is up to 10 µm high, is in to easily accommodate the cavity. Typically you etch in a silicon wafer of 250 µm thick window of some Millimeters in diameter through a membrane with a Thicknesses from 10 µm to 100 µm are completed. To this Way is a stable mechanical encapsulation of the miniaturized component possible. But it can also be in micromechanically with millimeter dimensions are manufactured. The vacuum required is about 0.01 torr. In this case the middle one is free Path length of the electrons in this gas of reduced pressure as large as the beam length of the miniaturized Component. In this way there is no longer a pump arrangement required, which is a great advantage. The component can be packaged as a finished finished item and be connected. It is possible in this way a semiconductor chip a terahertz radiation source, the is called a millimeter and submillimeter radiation source to generate the appropriate wave guide further applications can be connected.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der miniaturisierten bzw. mikrominiaturisierten Terahertz- Strahlungsquelle, insbesondere deren Aufbau und Wirkungsweise, ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen.Further advantages, features and possible applications of the miniaturized or microminiaturized terahertz Radiation source, in particular its structure and Mode of action, result from the following Description in conjunction with those in the drawing illustrated embodiments.

Die Erfindung wird nun anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. In der Beschreibung, in den Patentansprüchen, der Zusammenfassung und in der Zeichnung werden die in der hinten angeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet.The invention will now be described in the drawing illustrated embodiments described in more detail. In the description, in the claims, the Summary and in the drawing are those in the list of reference numerals given below Terms and associated reference numerals used.

In der Zeichnung bedeutenMean in the drawing

Fig. 1 eine Drauf- und eine Seitenansicht eines prinzipiellen Aufbaus einer miniaturisierten Terahertz-Strahlungsquelle basierend auf dem Smith-Purcell-Effekt; Fig. 1 is a plan view and a side view of a basic structure of a miniaturized terahertz radiation source based on the Smith-Purcell effect;

Fig. 2 eine Kapselung mit einer Silizium- Membranenstruktur zur Aufrechterhaltung des erforderlichen Vakuums beim Betrieb und Fig. 2 is an encapsulation with a silicon membrane structure to maintain the required vacuum during operation and

Fig. 3 eine Zweikammermembranabdeckung des miniaturisierten freien Elektronenlasers. Fig. 3 shows a two-chamber pellicle of the miniaturized free electron laser.

In Fig. 1 ist die schematische Darstellung des Elektrodenaufbaus für einen miniaturisierten freien Elektronenlaser in Draufsicht und Seitenansicht dargestellt. Die einzelnen dargestellten Elemente werden dabei auch in optischer und/oder Elektronenstrahl-Li tographie und einem bekannten additiven Nanolithographie- Verfahren hergestellt. Sowohl in der Drauf- als in der Seitenansicht sind in folgender Reihenfolge die einzelnen Elemente der miniaturisierten Terahertz-Strahlungsquelle dargestellt. Zunächst sind links die Feldemitterspitzen 1 dargestellt, die über elektrische Anschlüsse oder Verbindungen 2 mit einer regelbaren Spannungsquelle 3 und zum anderen mit einer elektrostatischen Linse 4, die hier aus drei Elektroden besteht, verbunden. Die linke Elektrode ist dabei der Extraktor bzw. die erste Anode der Elektronenquelle. In der Mitte sind Strahlablenker 5 mit Anschlüssen 6 dargestellt, an denen eine Ablenkspannung angelegt ist. Dem Strahlablenker 5 folgt ein Gitter 7 aus Metall durch das der Elektronenstrahl 9, der durch den Strahlenablenker 5 abgelenkt wurde, durch läuft und hier als Elektronenstrahl ohne Ablenkung 10 auf eine zweite Anode 8 auftrifft.In Fig. 1, the schematic representation of the electrode structure for a miniaturized free electron laser is shown in plan view and side view. The individual elements shown are also produced using optical and / or electron beam lithography and a known additive nanolithography process. The individual elements of the miniaturized terahertz radiation source are shown in both the top and side views in the following order. First, the field emitter tips 1 are shown on the left, which are connected via electrical connections or connections 2 to a controllable voltage source 3 and on the other hand to an electrostatic lens 4 , which here consists of three electrodes. The left electrode is the extractor or the first anode of the electron source. In the middle, beam deflectors 5 are shown with connections 6 , to which a deflection voltage is applied. The deflector 5 is followed by a grid 7 made from metal through which the electron beam 9 which has been deflected by the Strahlenablenker 5, passes through and strikes here as an electron beam without deflection 10 on a second anode. 8

In Fig. 2 ist eine Variante einer Kapselung dargestellt. Durch diesen Aufbau wird erreicht, daß die Elektronenquelle, hier in Form der Feldemitterspitzen 1, die elektrostatische Linse 4 zur Fokussierung des Elektronenstrahls 9/10 und der Strahlablenker 5 zur Strahlenablenkung in horizontaler und vertikaler Richtung, die Gitter 7 aus Metall mit unterlegtem Reflektor in Mix- Match-Technik durch additive Nanolithographie auf durch Elektronenstrahl- oder optische Lithographie vorgefertigten Metall-Leiterbahn-Anschlußstrukturen mit integrierten Gitterstrukturen auf ein isolierendes Substrat mit Terahertz-Reflexionsunterlage im Gitterbereich integriert aufbaubar ist und in einer Technologie, die für Terahertz- Strahlung transparent ist, in einem Vakuum 13 dicht gekapselt ist. Durch diesen Aufbau ist es möglich, daß der aus dem Feldemitter 1 austretende Elektronenstrahl 9 durch miniaturisierte Drahtlinsen 4 fokussiert und durch integrierte Ablenkplatten 5 relativ zur Lage der Gitter 7 geführt und positioniert werden kann, wodurch Terahertz- Strahlung erzeugt wird, deren Intensität und Wellenlänge variiert und selektiert werden kann. Die Feldemitter bzw. Feldemitterspitzen 1 sind über einen elektrischen Anschluß 2 mit einer regelbaren Spannungsquelle 3 verbunden und außerdem mit einer elektrischen Verbindung 2 mit der mittleren Elektrode der elektrostatischen Linse 4. Die linke elektrische Elektrode der Linse 4 ist die erste Anode der Elektronenquelle und ist zusammen mit einem Anschluß der regelbaren Spannungsquelle 3 mit Masse verbunden, wie auch die auf der anderen Seite der mittleren Elektrode liegende Elektrode der elektrostatischen Linse 4. Die Feldelektronenquelle mit den Feldemittern 1 ist ein durch additive Nanolithographie aufgebauter Draht aus gut leitfähigem Material mit stabilisierendem Vorschaltwiderstand und so ausgeführt, daß der Elektronenstrahl 9 parallel zur Oberfläche austritt. Das bedeutet, daß der Draht durch eine rechnergesteuerte Depositions-Lithographie in einer geraden oder bogenförmigen Ausführung frei über die Oberfläche der Leiterbahnstruktur endend hergestellt ist. Die Feldelektronenquelle ist punktförmig ausgeführt und auf ihre Feldemitterspitzen 1 ist mit Hilfe additiver Nanolithographie eine Material mit niedriger Austrittsarbeit aufgebracht worden, so daß schon bei relativ niedrigen Spannungen Elektronen emittiert werden. A variant of an encapsulation is shown in FIG . By this construction it is achieved that the electron source, here in the form of field emitter tips 1, the electrostatic lens 4 for focusing the electron beam 9/10 and the beam deflector 5 for the beam deflection in the horizontal and vertical directions, the grid 7 made from metal with underlaid reflector in Mix - Match technology by additive nanolithography on metal interconnect connection structures prefabricated by electron beam or optical lithography with integrated lattice structures on an insulating substrate with a terahertz reflection base in the lattice area and can be built in using a technology that is transparent to terahertz radiation a vacuum 13 is sealed. With this construction, it is possible for the electron beam 9 emerging from the field emitter 1 to be focused and miniaturized by miniaturized wire lenses 4 and guided and positioned by integrated baffles 5 relative to the position of the grids 7 , thereby producing terahertz radiation, the intensity and wavelength of which vary and can be selected. The field emitters or field emitter tips 1 are connected via an electrical connection 2 to a controllable voltage source 3 and also to an electrical connection 2 to the central electrode of the electrostatic lens 4 . The left electric electrode of the lens 4 is the first anode of the electron source and is connected to ground together with a connection of the controllable voltage source 3 , as is the electrode of the electrostatic lens 4 located on the other side of the middle electrode. The field electron source with the field emitters 1 is a wire made of additive nanolithography made of a highly conductive material with stabilizing ballast resistance and is designed so that the electron beam 9 emerges parallel to the surface. This means that the wire is produced by a computer-controlled deposition lithography in a straight or curved design, ending freely over the surface of the conductor track structure. The field electron source is designed in a punctiform manner and a material with a low work function has been applied to its field emitter tips 1 with the aid of additive nanolithography, so that electrons are emitted even at relatively low voltages.

Eine Variante des Aufbaues besteht darin, daß hinter der Feldelektronenquelle mit den Feldemittern 1 ein Beschleunigungsgitter als Strahlablenker 5 in Form einer freistehenden Elektrode aus zwei Zylinderstäben oder einem stehenden Drahtring angebracht ist. Das dient dazu, daß die Elektronen beschleunigt werden und in nachfolgende zusätzlich aufgeführte runde Multipol- und/oder Zylinderlinsen geführt werden, wodurch die Ausbreitung des Elektronenstrahls 9 über das nachfolgende Beugungsgitter 7 in homogenem Abstand zur Oberfläche zusätzlich gelenkt wird. Die Fokussierungs- und Strahlführungslinsen, die durch additive Nanolithographie auf der durch Elektronenstrahllithographie oder optische Lithographie hergestellten Metallanschlußstruktur realisiert werden, sind so aufgebaut, daß ein in dieser Technik hergestelltes und ca. 1 mm bis 1 cm langes Beugungsgitter mit Gitterperioden von 0,5 bis 10 µ, je nach Wellenlänge der auszusendenden Terahertz-Strahlung, folgt.A variant of the structure is that behind the field electron source with the field emitters 1, an acceleration grid as a beam deflector 5 in the form of a free-standing electrode made of two cylindrical rods or a standing wire ring is attached. The purpose of this is that the electrons are accelerated and guided into subsequent round multipole and / or cylindrical lenses which are additionally listed, as a result of which the propagation of the electron beam 9 is additionally directed over the subsequent diffraction grating 7 at a homogeneous distance from the surface. The focusing and beam guiding lenses, which are realized by additive nanolithography on the metal connection structure produced by electron beam lithography or optical lithography, are constructed in such a way that a diffraction grating made in this technique and approx. 1 mm to 1 cm long with grating periods of 0.5 to 10 µ follows, depending on the wavelength of the terahertz radiation to be emitted.

Eine Variante des Aufbaus besteht noch darin, daß mehrere elektrisch getrennte Beugungsgitter nebeneinander angeordnet werden und diese durch Selektion verschiedener Quellen aktiviert werden können, was zur Auswahl verschiedener emittierter Wellenlängen dient.A variant of the structure is that several electrically separated diffraction gratings next to each other be arranged and this by selection of different Sources can be activated, what to choose from different emitted wavelengths.

Die Strahlung der Elektronenquelle wird durch eine Regelschaltung, insbesondere eine regelbare Spannungsquelle 3, konstant gehalten und der das Gitter 7 überfliegende Elektronenstrahl 10 wird dann auf einer zweiten Anode 8, die als Sammelanodenelektrode dient, aufgenommen.The radiation from the electron source is kept constant by a control circuit, in particular a controllable voltage source 3 , and the electron beam 10 overflowing the grid 7 is then received on a second anode 8 , which serves as a collecting anode electrode.

Zwischen der zweiten Erdelektrode der elektrostatischen Linse 4 und der zweiten Anode 8 ist ein Feld angelegt, mit dem die Elektronengeschwindigkeit längs des Gitters verändert werden kann, was zur Feineinstellung der Wellenlänge und auch zur Erzeugung eines Frequenzspektrums dient.Between the second earth electrode of the electrostatic lens 4 and the second anode 8 , a field is created with which the electron speed along the grating can be changed, which serves to fine-tune the wavelength and also to generate a frequency spectrum.

In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Aufbaus der miniaturisierten bzw. mikrominiaturisierten Terahertz- Strahlungquelle, basierend auf dem Smith-Purcell-Effekt, gezeigt. Durch Kapselung mit einer Silizium-Membranstruktur kann das erforderliche Vakuum 13 zum Betrieb des Lasers aufrechterhalten werden. Die emittierte Laser-THz-Strahlung 15 wird durch ein Membranfenster 14 nach außen abgestrahlt. Der auf einem Chip aus Silizium 11 aufgebaute Strahler aus Feldemissionsquelle, Optik, Gitter und Anode ist in diesem Ausführungsbeispiel durch das Membranfenster 14 abgedeckt, das wie das gesamte Abdeckchip 17 aus Silizium 11 besteht. Der so aufgebaute Strahler wird in einen Vakuumsystem vor dem Bonden auf einen Druck von 10^-4 Torr evakuiert, der für 1 Millimeter mittlere freie Weglänge ausreicht. Der Hohlraum wird anschließend im Vakuum durch thermisches Bonden, ohne die Spannungszuführung kurzzuschließen, verschlossen. Die Membranfenster 14 im Abdeckchip 17 sind mit reflexionsmindernden Schichten behandelt, so daß für den Frequenzbereich der emittierenden Strahlung eine maximale Transmission durch das Fenster 14 erreicht wird.In FIG. 2 is another embodiment of the structure of the miniaturized terahertz radiation source or microminiature shown based on the Smith-Purcell effect. The required vacuum 13 for operating the laser can be maintained by encapsulation with a silicon membrane structure. The emitted laser THz radiation 15 is emitted to the outside through a membrane window 14 . In this exemplary embodiment, the radiator composed of a field emission source, optics, grating and anode, which is built on a silicon 11 chip, is covered by the membrane window 14 , which, like the entire covering chip 17, consists of silicon 11 . The emitter thus constructed is evacuated to a pressure of 10 ^-4 Torr in a vacuum system before bonding, which is sufficient for a mean free path of 1 millimeter. The cavity is then closed in a vacuum by thermal bonding without short-circuiting the voltage supply. The membrane windows 14 in the cover chip 17 are treated with reflection-reducing layers, so that a maximum transmission through the window 14 is achieved for the frequency range of the emitting radiation.

Unter dem Gitterbereich ist ein THz-Strahlungsreflektor in Form einer Metallschicht oder Anordnung von Gitterstäben mit definiertem Abstand geeigneter Periode aus magnetischen oder unmagnetischen Materialien angeordnet, so daß die THz- Strahlung 15, die das Gitter 7 in Substratrichtung verläßt, mit höchstmöglichem Reflexionsgrad durch das Gitter zurückgesandt wird und so daß die Intensität der abgesandten Strahlung verstärkt wird. Durch eine Strahlführung über dem Gitter 7 mit definiertem Abstand ist es möglich, die Intensität der Strahlungsquelle zu variieren, das heißt daß durch den Einsatz des Ablenkelementes 5 vor dem Gitter die abgestrahlte Intensität bei Anlegen einer Wechselspannung an dieses Ablenkelement moduliert werden kann. Auf diese Weise kann die Strahlung für spektroskopische Zwecke für Lock-In- Meßtechniken schon gleich moduliert erzeugt werden. Die selbe Lock-In-Modulation ist auch durch die Modulation der Extraktionsspannung an der Feldemitterspitze 1 möglich.A THz radiation reflector in the form of a metal layer or arrangement of grating bars with a defined spacing of a suitable period of magnetic or non-magnetic materials is arranged under the grating region, so that the THz radiation 15 , which leaves the grating 7 in the substrate direction, has the highest possible degree of reflection through the grating is returned and so that the intensity of the emitted radiation is increased. By guiding the beam over the grating 7 at a defined distance, it is possible to vary the intensity of the radiation source, that is to say that by using the deflection element 5 in front of the grating, the emitted intensity can be modulated when an AC voltage is applied to this deflection element. In this way, the radiation for spectroscopic purposes for lock-in measurement techniques can be generated in a modulated manner. The same lock-in modulation is also possible by modulating the extraction voltage at the field emitter tip 1 .

Für bestimmte Anwendungen ist es vorteilhaft, die Strahlungsquelle um einen auf einer darüberliegenden Fläche aufgebauten Monochromator in Form einer auf diesem Bereich wirksamen Nanometer- bzw. Mikrometerstruktur zu ergänzen, so daß Strahlen, die mit unterschiedlicher Wellenlänge erzeugt werden, die Strahlungsquelle in unterschiedliche Richtungen verlassen. Auf diese Weise kann durch Umschalten der Elektronenenergie, was im elektrostatischen System nach dem elektrostatischen Prinzip immer dieselbe Fokussierung und damit gleichbleibende Betriebsbedingungen ergibt, Strahlung unterschiedlicher Frequenz erzeugt werden und die Strahlungsquelle auf diese Weise für verschiedene Anwendungen elektrisch durchgestimmt werden.For certain applications, it is advantageous to Radiation source around an area above built monochromator in the form of a on this area to supplement the effective nanometer or micrometer structure, so that rays with different wavelength generated, the radiation source in different Leave directions. This way, by switching of electron energy, what in the electrostatic system after always the same focus according to the electrostatic principle and thus results in constant operating conditions, Radiation of different frequencies are generated and the Radiation source in this way for different Applications are tuned electrically.

Zwischen der Fokussierungslinse 4 und dem Ende des Gitters 7 wird in einer Variante ein elektrisches Feld angelegt, in dem am Ende des Gitters eine zusätzliche Elektrode angeordnet ist, die durch die angelegte Spannung die fliegenden Elektronen beschleunigen bzw. abbremsen kann. Auf diese Art und Weise ist es möglich, den Energieverlust der Elektronen, der beim Vorbeiflug am Gitter 7 auftritt, auszugleichen. Das Gitter 7, über das der Elektronenstrahl 10 fliegt, ist in Bereiche, die parallel zur Strahlrichtung liegen, unterteilt, in welchen unterschiedliche Gitterkonstanten realisiert sind. Durch horizontale, elektrostatische Strahlführung, bewirkt durch parallel zum Gitter 7 angeordnete Elektroden, bzw. durch Verwendung mehrerer Elektronenquellen, von denen je eine dem einzelnen Bereich zugeordnet ist, ist es jetzt möglich, auf diese Art und Weise die emittierende Strahlung in ihrer Wellenlänge umschaltbar zu realisieren.In one variant, an electric field is applied between the focusing lens 4 and the end of the grating 7 , in which an additional electrode is arranged at the end of the grating, which can accelerate or brake the flying electrons by the applied voltage. In this way, it is possible to compensate for the energy loss of the electrons that occurs when flying past the grid 7 . The grating 7 , over which the electron beam 10 flies, is divided into regions which lie parallel to the beam direction, in which different grating constants are realized. By means of horizontal, electrostatic beam guidance, caused by electrodes arranged parallel to the grating 7 , or by using several electron sources, one of which is assigned to the individual area, it is now possible to switch the wavelength of the emitting radiation in this way realize.

Das Gitter variiert in seiner Gitterkonstante quer zur Strahlrichtung, so daß durch Ablenkfelder oder das Gitter insgesamt umschließende Ablenkplatten, die hinter der Fokussierungslinse angeordnete sind, die Strahlführung über dem Gitter so verändert werden kann, daß ein Bereich einer anderen Gitterkonstante zur Emission der Wellenlänge der Strahlung auswählbar wird. Wenn das Gitter als "chirped grating", das heißt Gitter mit variabler Gitterkonstante, ausgeführt ist, ist eine Einstellung der Wellenlänge in kontinuierlicher Weise möglich.The lattice constant varies across the lattice Beam direction so that through deflection fields or the grating overall enclosing baffles behind the Focusing lens are arranged, the beam guidance over the grid can be changed so that an area of a other lattice constant to emit the wavelength of the Radiation can be selected. If the grille is chirped as " grating ", ie grating with a variable grating constant, is an adjustment of the wavelength in possible continuously.

Die Intensitätssteuerung der Terahertz-Strahlungsquelle erfolgt dadurch, daß unter und über dem Gitter eine für THz-Strahlung transparente elektrostatische Platte angebracht ist, wodurch die Intensität örtlich selektiert werden kann. Dies wird mit Vorteil dadurch erreicht, daß diese elektrostatischen Platten mit unterschiedliche Potentiale besitzenden Bereichen ausgeführt sind, das heißt, daß Streifen aufgeführt sind, die getrennt eingestellt werden können.The intensity control of the terahertz radiation source is done by placing a for and below the grid THz radiation transparent electrostatic plate is appropriate, whereby the intensity is selected locally can be. This is advantageously achieved in that these electrostatic plates with different Potential areas are running, the means that there are stripes that are separated can be adjusted.

In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, das in dem Abdeckchip 17 mit zwei Membranfenstern 14 ausgestattet ist. Wie in Fig. 2 ist auch hier ganz deutlich zu sehen, daß das Abdeckchip 17 von den Elektroden und den Anschlüssen der Elektroden durch einen Isolator aus Silizium 16 isoliert ist. Dieser ist auch gleichzeitig Bondbereich 7 zum Vakuumdichten beim Verkapseln der Anordnung. Der Aufbau besteht wiederum aus dem Träger aus Silizium 11 mit einer Siliziumdioxidschicht 12. Darauf sind der Feldemitter 1, die Linsen 4, das Gitter 7 und die zweite Anode 8 angeordnet. Die erste Anode ist auch hier wieder die linke Elektrode der elektrostatischen Linse 4. Außerdem ist wieder das Gitter 7 aus Metall angeordnet, aus der die emittierte Terahertz-Strahlung 15 austritt. Der Elektronenstrahl 10 ohne Ablenkung trifft auf die zweite Anode 8 mit elektrischem Anschluß 2. Das eine Membranfenster 14 ist mit einer Linse 19 zur Fokussierung der THz-Strahlung 15 versehen. In beiden Kammern 18, 18' ist durch das besonders geformte Abdeckchip 17 ein Vakuum 13 vorhanden, wobei in der zweiten Kammer 18' eine nichtdargestellte Getterpumpe mit ihrem Material durch einmalige Aktivierung durch Stromdurchgang in Betrieb gesetzt werden kann, um das Gesamtvolumen der beiden Kammern auf den erforderlichen Arbeitsdruck zu bringen.In Fig. 3, a further embodiment is shown, which is equipped in the Abdeckchip 17 with two membrane gates 14. As in FIG. 2, it can also be clearly seen here that the cover chip 17 is insulated from the electrodes and the connections of the electrodes by an insulator made of silicon 16 . This is also the bonding area 7 for vacuum sealing when encapsulating the arrangement. The structure in turn consists of the carrier made of silicon 11 with a silicon dioxide layer 12 . The field emitter 1 , the lenses 4 , the grating 7 and the second anode 8 are arranged thereon. The first anode is again the left electrode of the electrostatic lens 4 . In addition, the grating 7 made of metal is again arranged, from which the emitted terahertz radiation 15 emerges. The electron beam 10 without deflection strikes the second anode 8 with the electrical connection 2 . One membrane window 14 is provided with a lens 19 for focusing the THz radiation 15 . A vacuum 13 is present in both chambers 18 , 18 'through the specially shaped cover chip 17 , and in the second chamber 18 ' a getter pump (not shown) can be started with its material by activating it once through current flow, in order to increase the total volume of the two chambers to bring the necessary working pressure.

In einer weiteren nichtdargestellten Variante sind auf dem Chip neben dem Smith-Purcell-Element durch den elektrischen Anschluß aktivierbare Ionengettermaterialien angebracht, die zum Auspumpen der gebondeten und gekapselten Struktur dienen. Die Art der Herstellung mit Hilfe der additiven Nanolithographie auf durch Elektronenstrahl- oder optische Lithographie vorgefertigten Metall-Leiterbahn- Anschlußstrukturen mit integrierten Gitterstrukturen auf isolierendem Substrat, insbesondere Siliziumoxid, mit THz- Reflexionsunterlage im Gitterbereich integriert aufgebaut, ermöglicht ein solches Bauelement, das in jedweder Lage als modular verfügbare THz-Strahlungsquelle einsetz- und anordnungsbar ist. In a further variant, not shown, are on the Chip next to the Smith-Purcell element through the electrical Connection activatable ion getter materials attached, those for pumping out the bonded and encapsulated structure serve. The type of manufacture using the additive Nanolithography on by electron beam or optical Lithography prefabricated metal conductor track Connection structures with integrated lattice structures insulating substrate, in particular silicon oxide, with THz Reflective underlay integrated in the grid area, enables such a component that in any position as modularly available THz radiation source can be arranged.

List of reference numbers

11

Feldemitter(spitzen)
Field emitter (peak)

22nd

elektrischer Anschluß oder Verbindungen
electrical connection or connections

33rd

regelbare Spannungsquelle
adjustable voltage source

44th

elektrostatische Linse
electrostatic lens

55

Strahlablenker oder Ablenkplatten
Beam deflectors or baffles

66

elektrische Anschlüsse für Strahlablenker
electrical connections for beam deflectors

77

Gitter aus Metall
Metal grille

88th

zweite Anode
second anode

99

Elektronenstrahl
Electron beam

1010th

Elektronenstrahl ohne Ablenkung
Electron beam without deflection

1111

Silizium (Si)
Silicon (Si)

1212th

Siliziumdioxid (SiO₂ Silicon dioxide (SiO ₂

)
)

1313

Vakuum
vacuum

1414

Membranfenster aus Silizium
Silicon membrane window

1515

emittierte Terahertz-Strahlung
emitted terahertz radiation

1616

Isolator oder Bondbereich zum vakuumdichten Kapseln der Anordnung
Isolator or bond area for vacuum-tight encapsulation of the arrangement

1717th

Abdeckchip
Cover chip

1818th

, ,

1818th

' Kammern
'Chambers

1919th

Linse zur Fokussierung der THz-Strahlung
Lens for focusing the THz radiation

Claims

1. Miniaturized terahertz radiation source based on the Smith-Purcell effect, in which a high-energy bundle of electrons is sent from a focused electron source at a defined distance over a metal grid made of transverse grating bars, so that an image charge oscillating in the profile of the grating Electromagnetic wave is emitted at a wavelength which can be adjusted by the periodicity of the webs and the electron speed, characterized in that the elements of the radiation source such as field emitters ( 1 ), electrostatic lenses ( 4 ), beam deflectors ( 5 ), gratings ( 7 ) made of metal and a second anode ( 8 ) are arranged integrated on a semiconductor chip with the aid of additive or known nanolithography processes.

2. Miniaturized terahertz radiation source according to claim 1, characterized in
that the field electron source is designed as a wire made of additive nanolithography made of a highly conductive material with a stabilizing ballast resistance and
that the wire is arranged by computer-controlled deposition lithography in a straight or arcuate design freely above the surface of the conductor structure for the electrical connections and connections ( 2 ) in field emitter tips ( 1 ).

3. Miniaturized terahertz radiation source according to claims 1 and 2, characterized in that the field electron source is punctiform and a low work function material is applied to its field emitter tip (s) ( 1 ) by additive nanolithography, which already has electrons at relatively low voltages emitted.

4. Miniaturized terahertz radiation source according to claims 1 to 3, characterized in that the elements are encapsulated in a vacuum-tight manner by a cover chip ( 17 ).

5. Miniaturized terahertz radiation source according to one of claims 1 to 4, characterized in
that the beam deflector ( 5 ) for deflecting the electron beam ( 9 ) in the horizontal and vertical directions and the grating made of metal ( 7 ) with an underlying reflector in mix and match technology by additive nanolithography or by electron beam or optical lithography on prefabricated metal -Conductor connection structures with integrated lattice structures on a layer made of silicon dioxide ( 12 ) of a substrate made of silicon ( 11 ) with a THz reflector base are integrated in the lattice area and the entire arrangement for the terahertz radiation ( 15 ) is encapsulated in a transparent, vacuum-tight manner,
that the electron beam ( 9 ) emerging from the integrated electron source is focused by the electrostatic lens ( 4 ) in the form of miniaturized wire lenses and can be guided and positioned relative to the position of the metal grid ( 7 ) by integrated deflecting plates ( 5 ) and
in that a terahertz radiation ( 15 ) is generated, the intensity and wavelength of which can be varied and selected.

6. Miniaturized terahertz radiation source, in particular according to the preamble of claim 1, characterized in
that an acceleration grid in the form of a free-standing electrode made of two cylindrical rods or a standing wire ring is arranged to accelerate the electrons behind the field electron source and
that the accelerated electrons in the accelerating grating downstream multipole or cylindrical lenses of an electrostatic lens ( 4 ) reach, and that an electron beam without deflection ( 10 ) spreads over a subsequent metal grating ( 7 ) at a homogeneous distance from the surface.

7. Miniaturized terahertz radiation source according to one of claims 1 to 6, characterized in that on the electrostatic lens ( 4 ) and the beam deflector ( 5 ), which with the aid of additive nanolithography on the metal structure produced by electron beam lithography or optical lithography for electrical connections or Connections ( 2 , 6 ) are realized, an approximately 1 mm to 1 cm long metal grating ( 7 ) produced in this technique with grating periods between 0.5 and 10 µm, depending on the wavelength of the terahertz radiation ( 15 ) to be emitted, is arranged below .

8. Miniaturized terahertz radiation source according to one of claims 1 to 7, characterized in that a plurality of electrically separated diffraction gratings are arranged side by side as a grating made of metal ( 7 ), which can be activated by selection of different sources to select different emitted wavelengths.

9. Miniaturized terahertz radiation source according to one of claims 1 to 8, characterized in that attached to a semiconductor chip next to the Smith-Purcell element by an electrode activatable ion getter materials for establishing and maintaining the required vacuum ( 13 ) in the bonded and encapsulated structure are.

10. Miniaturized terahertz radiation source according to one of the claims 1 to 9, characterized in that
that in order to keep the radiation from the electron source constant, a controllable voltage source ( 3 ) is connected to the electron source via electrical connections or connections ( 2 ) and
that the beam ( 9 ) leaving the field emitter tips ( 1 ) is collected on an electrode of the arrangement which serves as the second anode.

11. Miniaturized terahertz radiation source according to one of claims 1 to 10, characterized in that for fine adjustment of the wavelength or for generating a desired frequency spectrum between the earth electrode of the electrostatic lens ( 4 ) and the electrode acting as a second anode for changing the electron speed along the Grid ( 7 ) a voltage is applied.

12. Miniaturized terahertz radiation source, in particular according to one of the claims 1 to 11, characterized in that
that the miniaturized terahertz radiation source, built on a semiconductor chip, consists of field emitters or field emitter tips ( 1 ), optics made of an electrostatic lens ( 4 ), a grating ( 7 ) and a second anode ( 8 ) through a membrane window etched in silicon membrane technology ( 14 ) is covered and can be evacuated in a vacuum system before bonding to a pressure in a range of 10 ^-4 Torr, which is sufficient for a mean free path of 1 millimeter and
that the chamber (s) ( 18 , 18 ') in the vacuum system by means of thermal bonding, without short-circuiting the voltage supply, is or are designed to be encapsulable or closable.

13. Miniaturized terahertz radiation source according to one of the claims 1 to 12, characterized in that
that two membrane windows ( 14 ) for two chambers ( 18 , 18 ') are arranged side by side in the cover chip ( 17 ) and
that in one of the two membrane windows ( 14 ) a getter pump is activated by a single activation by means of current passage and the total volume of the two chambers ( 18 , 18 ') formed receives the required working pressure.

14. Miniaturized terahertz radiation source according to one of the claims 1 to 13, characterized in that the membrane windows ( 14 ) in the cover chip ( 17 ) are treated by additionally applied layers to reduce reflection.

15. Miniaturized terahertz radiation source according to one of the claims 1 to 14, characterized in that under the grating area a terahertz radiation reflector in the form of a metal layer or in the form of an arrangement of grating bars with a defined spacing of a suitable period from magnetic or non-magnetic materials to increase the intensity the emitted terahertz radiation ( 15 ) is arranged.

16. Miniaturized terahertz radiation source according to one of the claims 1 to 15, characterized in that
that the intensity of the radiation source can be varied by the beam guidance over the metal grating ( 7 ) at a defined distance,
that by using an additional deflection element in front of the grating ( 7 ) the radiated intensity can be modulated by applying an alternating voltage to this deflection element.

17. Miniaturized terahertz radiation source according to one of the claims 1 to 15, characterized in that
that the terahertz radiation ( 15 ) can be generated in a modulated manner for spectroscopic purposes and
that the same lock-in modulation can also be generated by modulating the extraction voltage at the field emitter tip ( 1 ).

18. Miniaturized terahertz radiation source according to one of the claims 1 to 17, characterized in that
that the source is supplemented by a monochromator built on an overlying surface in the form of a nanometer or micrometer structure effective for this area and
that terahertz rays ( 15 ), which can be generated with different wavelengths, leave the source in different directions.

19. Miniaturized terahertz radiation source according to one of claims 1 to 18, characterized in that an electric field is applied between the electrostatic lens ( 4 ) for focusing and the end of the grating ( 7 ), in which an additional electrode at the end of the grating the second anode is arranged, which either accelerates or decelerates the flying electrons by the applied voltage.

20. Miniaturized terahertz radiation source according to one of the claims 1 to 19, characterized in that
that the grating ( 7 ) is divided into areas that are parallel to the beam direction, in which different grating constants are realized and
that a lateral deflection element for beam guidance or wavelength selection is built up around the grating regions or groups of field emitters are selectively controlled.

21. Miniaturized terahertz radiation source according to one of the claims 1 to 20, characterized in that
that the grating ( 7 ) varies in its grating constant transversely to the beam direction, so that deflection fields or deflection plates surrounding the grating ( 7 ) as a whole are arranged as beam deflectors ( 5 ), as a result of which the beam guidance over the grating ( 7 ) can be changed,
that a range of a different grating constant for the emission of the wavelength of the terahertz radiation ( 15 ) is selected and that, in particular in the case of a grating ( 7 ) with a variable grating constant, the wavelength can be set in a continuous manner.

22. Miniaturized terahertz radiation source according to one of the claims 1 to 21, characterized in that for the intensity control below and above the grating ( 7 ) an electrostatic plate for the terahertz radiation ( 15 ) is arranged, with which in the entire grating area Position of the electron beam ( 10 ) is variable.

23. Miniaturized terahertz radiation source after one of claims 1 to 22, characterized in that they are modular in every spatial situation available component can be used.