亚博买球|超高灵敏度石墨烯太赫兹探测器研究获突破

本文摘要: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的华勤团队与中国电子科技集团公司第十三研究所应用专用集成电路国家重点实验室合作,成功获得了灵敏度超过同类石墨烯探测器最差水平的高灵敏度石墨烯太赫兹探测器。

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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的华勤团队与中国电子科技集团公司第十三研究所应用专用集成电路国家重点实验室合作,成功获得了灵敏度超过同类石墨烯探测器最差水平的高灵敏度石墨烯太赫兹探测器。该结果最近发表在《碳》(116,760-765(2017))。太赫兹波是一种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领域具有最重要的应用前景。然而,太赫兹技术的发展仍然受到室温下小型化大功率光源和高灵敏度探测器短缺的瓶颈问题的限制。

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目前,光源和探测器技术有了很大的提高,太赫兹光学技术逐渐转移到危险化学品光谱观测、生物光学和人体安全检测等应用领域。但在0.3-3.0太赫兹核心“太赫兹空白区”的大功率闪烁和高灵敏度观测,仍然属于技术问题。比如室温下工作,提离频率低于0.3赫兹,输出功率超过1-100毫瓦的固态太赫兹光源,目前还处于研发阶段。

在另一个例子中,远程动态被动太赫兹人体安全检查拒绝探测器的噪声等效功率(NEP)在10-15W/Hz1/2数量级以下,但目前只有工作在极低温度的超导探测器需要类似的灵敏度。因此,研制室温下工作的超高灵敏度太赫兹探测器对推进太赫兹技术的应用具有重要意义。

苏州纳米技术研究所团队仍致力于室温超高灵敏度太赫兹探测器的研究,开发基于常规半导体异质结(如AlGaN/GaN)和石墨烯等新型二维电子(2 DEG)的太赫兹混频探测器。狄拉克二维电子材料,如石墨烯,已经获得了优异的特性,如高电子迁移率、宽带光吸收、低回波费米能级、双极载流子及其非线性输运,用于有效的混合观察。这一进展是通过两个重点实验室的合作实现的,充分发挥了碳化硅(SiC)衬底上外延生长高质量双层石墨烯、高效偶极子天线和探测器设计、自对准天线栅工艺的优势,使石墨烯太赫兹自混合(自混合/零差)探测器在0.34THz频段的电压呼叫度超过30V/W, 探测器电阻降至203以下(探测器热噪声电压大于读取电路电压噪声),噪声等效功率约为163pW/Hz1/2(热噪声允许等效噪声功率仅为51pW/Hz1/2)。基于该探测器,构建了一个清晰的新鲜叶片投影光学系统。

目前领导团队进一步构建了石墨烯外差混频和亚谐波混频,最低观测频率超过0.65THz,此次合作突破了噪声等效功率(~ 207,000 PW/HZ1/2) (Chin。苏州纳米技术研究所团队前期获得的基于CVD生长石墨烯的探测器的Phys. B24,047206 (2015)),超过并测试了2013年预测的观测灵敏度水平(应用Phys .列特。103,17355)结果表明,石墨烯探测器的灵敏度可能会进一步提高2-3个数量级,但实际技术的构成还需要进一步突破设计、生产等关键技术。

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太赫兹探测器的研究与开发获得了国家自然科学基金(No .。

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