超高灵敏度石墨烯太赫兹探测器研究获突破

中科院长沙皮米技艺与飞米仿生商讨所、中科院微米器件与利用关键实验室秦华团队与中华夏族民共和国电子科学和技术公司有限公司第十四切磋所专项使用集成都电子通信工程高校路国家级首要实验室合营,成功收获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棒水平,该结果最近登载在碳材料杂志Carbon上。

太赫兹波是功能介于红外和分米波之间的电磁波,在新闻、生物医学和等领域具备首要应用前途。但是太赫兹科学技术的迈入一贯受制于小型化高功率光源和一般温度高灵敏度探测器技巧缺少的瓶颈难题。近来,光源与探测器技能得到了大幅度晋级,何况太赫兹成像本事正逐步进入危化品波谱探测、生物成像和人身安全检查等应用领域,但在0.3-3.0 THz宗旨“太赫兹空白区”的高功率发光和高灵敏度探测仍归于技艺难点。举例,一般温度职业、发射频率高于0.3 THz况且输出功率到达1-100毫瓦量级的固态太赫兹光源还处于研究开发阶段。又如,远间距实时被动式太赫兹人体安全检查须求探测器的噪声等效功率在10 -15 W/Hz 百分之六十量级以下,而方今唯有在相当低温职业的超导探测器能够临近该灵敏度。由此,发展常温职业的相当的高灵敏度太赫兹探测器对推进太赫兹手艺运用具有举足轻重意义。 马赛皮米所组织直接从事于平常的温度超级高灵敏度太赫兹探测器的切磋,基于常规半导体异质结和石墨烯等时尚二维电子气研制太赫兹混频探测器。石墨烯等狄拉克二维电子材质为高效混频探测提供了高电子迁移率、宽频带光学吸取、高可调谐费米能级、双极型载流子及其非线性输运等精粹性子。 本次开展由八个举足轻重实验室协作获得,发挥了碳化硅衬底外延生长的高素质双层石墨烯、高效偶极天线与探测器设计、自照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探测器的电压响应度达到了30 V/W,使探测器阻抗减低到203 Ω以下,实地度量噪声等效功率约163 pW/Hz三分之二。基于该探测器完成了对优秀树叶的流传千古透视成像。近些日子,联集已进一层落实了石墨烯外差混频和分谐波混频,最高探测频率达到0.65 THz。 这次合营突破了苏州皮米所组织先前时代获得的基于CVD生长石墨烯的探测器噪声等效功率,到达并表明了二零一二年预测的探测灵敏度水平。研究结果证明:或可进一层提升石墨烯探测器的灵敏度2-3个数据级,但事实上用化技艺的反复无常仍然有待进一层突破规划和创立等关键技能。 太赫兹探测器的研制专门的学问得到了国家自然科学基金项目、中国科高校弗罗茨瓦夫微米所微米加工平台、测验深入分析平台和南大超导电子学钻探所的大力辅助。