苏州纳米所等在高灵敏度石墨烯太赫兹探测器研

日期:2019-09-15编辑作者:彩世界平台

尽管目前太赫兹波并没有大规模应用,但是它在各大研究领域有着巨大潜力和广阔应用前景。涉及安检成像、雷达、通信、天文、大气观测和生物医学等众多领域,这因为太赫兹波有着极为丰富的电磁波与物质间的相互作用效应。

中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所、中国科学院纳米器件与应用重点实验室秦华团队与中国电子科技集团有限公司第十三研究所专用集成电路国家级重点实验室合作,成功获得了高灵敏度石墨烯太赫兹探测器,灵敏度达到同类石墨烯探测器的最好水平,该结果近期发表在碳材料杂志Carbon(116, 760-765 上。

但是太赫兹波在大规模应用前,必须解决室温微型的固态太赫兹光源和检测器技术等问题,这也是限制其发展的一大难题。目前太赫兹发射—探测应用多存在于原理演示和研究阶段,而对于太赫兹核心器件的研究核心问题,固态太赫兹探测器技术目前还是该领域的一大空白。

太赫兹波(Terahertz wave)是频率介于红外和毫米波之间的电磁波,在信息、生物医学和环境检测等领域具有重要应用前景。然而太赫兹科技的发展一直受制于小型化高功率光源和室温高灵敏度探测器技术匮乏的瓶颈问题。目前,光源与探测器技术得到了大幅提升,并且太赫兹成像技术正逐步进入危化品波谱探测、生物成像和人体安检等应用领域,但在0.3-3.0 THz核心“太赫兹空白区”的高功率发光和高灵敏度探测仍属于技术难题。例如,室温工作、发射频率高于0.3 THz并且输出功率达到1-100毫瓦量级的固态太赫兹光源还处于研发阶段。又如,远距离实时被动式太赫兹人体安检要求探测器的噪声等效功率在10 -15 W/Hz 1/2量级以下,而目前只有在极低温工作的超导探测器能够接近该灵敏度。因此,发展室温工作的超高灵敏度太赫兹探测器对推进太赫兹技术应用具有重要意义。

我国也一直致力于太赫兹波—低维等离子体波相互作用及其调控研究,并于近日取得了一些成果。近日,中科院苏州纳米所成功研制出室温下工作的太赫兹自混频探测器,填补了国内该领域空白,也推动我国了在太赫兹发射—探测应用领域的发展。

苏州纳米所团队一直致力于室温超高灵敏度太赫兹探测器的研究,基于常规半导体异质结(如AlGaN/GaN)和石墨烯等新型二维电子气(Two-dimensional electron gas, 2DEG)研制太赫兹混频探测器。石墨烯等狄拉克二维电子材料为高效混频探测提供了高电子迁移率、宽频带光学吸收、高可调谐费米能级、双极型载流子及其非线性输运等优异特性。

该太赫兹自混频探测器突破了太赫兹天线、场效应混频和器件模型等关键技术,能够实现对1000GHz的太赫兹波的灵敏检测。该技术还能够进一步改进和完善,为大规模的太赫兹焦平面成像阵列和超高灵敏度的外差式太赫兹接收机技术发展奠定基础。

此次进展由两个重点实验室合作获得,发挥了碳化硅衬底外延生长的高质量双层石墨烯、高效偶极天线与探测器设计、自对准天线栅极工艺等优势,使0.34 THz频段的石墨烯太赫兹自混频(Self-mixing/Homodyne mixing)探测器的电压响应度达到了30 V/W,使探测器阻抗降低到203 Ω以下(探测器热噪声电压小于读出电路电压噪声),实测噪声等效功率约163 pW/Hz1/2(热噪声限制的等效噪声功率仅为51 pW/Hz1/2)。基于该探测器实现了对新鲜树叶的清晰透视成像。目前,联合团队已进一步实现了石墨烯外差混频(Heterodyne mixing)和分谐波混频(Sub-harmonic mixing),最高探测频率达到0.65 THz。

凡本网注明“来源:维库仪器仪表网” 的所有作品,转载请必须注明来源于本网,违者必究。

此次合作突破了苏州纳米所团队前期获得的基于CVD生长石墨烯的探测器噪声等效功率(~207,000 pW/Hz1/2)(Chin. Phys. B 24, 047206 ,达到并验证了2013年预测的探测灵敏度水平(Appl. Phys. Lett. 103, 173507 。研究结果表明:或可进一步提高石墨烯探测器的灵敏度2-3个数量级,但其实用化技术的形成仍有待进一步突破设计和制造等关键技术。

标签: 仪器仪表 探测器

G-FET太赫兹探测器的研制工作得到了国家自然科学基金项目(No. 61271157, 61401456, 61306006)、中科院苏州纳米所纳米加工平台、测试分析平台和南京大学超导电子学研究所的大力支持。

图片 1

苏州纳米所等在高灵敏度石墨烯太赫兹探测器研究中取得进展

本文由彩世界发布于彩世界平台,转载请注明出处:苏州纳米所等在高灵敏度石墨烯太赫兹探测器研

关键词:

4BATE四合一电器综合测试仪最新报价,4ATE四合一

乔治敦威博WB-4BATE四合一电器综合测量试验仪在底下多个地面包车型客车差别价码,在四川地区报价为1一九九六—1...

详细>>

风行高温超导材质可利用于磁悬浮列车,超凡脱

相似质感在温度接近相对零度的时候,物体分子热运动差相当少未有,材质的电阻趋近于0,此时名字为超导体。大好...

详细>>

207太阳能辐射仪最新报价,206功率表最新报价

泰玛斯TM-206功率表在底下八个地段的不及价码:在河内地区报价为580—650元,在法国首都地区报价为761—1110元,在特...

详细>>

东瀛必佳2036,50笔式放大镜最新报价

2050-50笔式放大镜下面有三个地区的不同报价,在上海地区报价为984-1105元。在东莞地区报价为680-1700元。在苏州地区报...

详细>>