Non-Planckian infrared emission from GaAs devices with electrons and lattice out-of-thermal-equilibrium

红外线的 栅栏 电子 物理 黑体辐射 焦耳加热 热平衡 光电子学 光学 材料科学 原子物理学 辐射 量子力学
作者
Yuexin Zou,Hong Pan,Shenyang Huang,Pingping Chen,Hugen Yan,Zhenghua An
出处
期刊:Optics Express [Optica Publishing Group]
卷期号:29 (2): 1244-1244 被引量:3
标识
DOI:10.1364/oe.415232
摘要

With the downscaled device size, electrons in semiconductor electronics are often electrically driven out-of-thermal-equilibrium with hosting lattices for their functionalities. The thereby electrothermal Joule heating to the lattices can be visualized directly by the noncontact infrared radiation thermometry with the hypothetic Planck distribution at a single characteristic temperature. We report here that the infrared emission spectrum from electrically biased GaAs devices deviates obviously from Planck distribution, due to the additional contribution from non-equilibrium hot electrons whose effective temperature reaches much higher than that of the lattice (T e >T l ). The evanescent infrared emission from these hot electrons is out-coupled by a near-field metamaterial grating and is hence made significant to the total far-field emission spectrum. Resonant emission peak has also been observed when the electron hotspots are managed to overlap spatially with the optical hotspots at the grating resonance. Our work opens a new direction to study nonequilibrium dynamics with (non-Planckian) infrared emission spectroscopy and provides important implications into the microscopic energy dissipation and heat management in nanoelectronics.
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