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我国首次实现石墨烯外差混频探测开启太赫兹立体成像大门


本文摘要:石墨烯和太赫兹,一个是面向未来的新材料,一个是面向未来的新技术,两者奇特不搭乘茬。

石墨烯和太赫兹,一个是面向未来的新材料,一个是面向未来的新技术,两者奇特不搭乘茬。不过,最近它们“撞击”在一起,产生了华丽的“火花”。7月13日,从中国电子科技集团公司得知,科研人员顺利将石墨烯太赫兹探测器的工作频率提升至650GHz,在国际上首次构建石墨烯外差混频观测,打开了太赫兹立体光学世界的大门。作为电磁波家族中最谜样的不存在,太赫兹波被誉为转变未来世界的十大技术之一。

这种频率介于0.1THz到10THz之间的电磁波,具备较低光子能量,较高击穿能力,在安全检查光学、雷达、通信、天文、大气观测和生物医学等众多技术领域有辽阔应用于前景。然而要构建该技术的广泛应用,必需运用新材料、研发新技术不予突破。

为此,中国电科13所专用集成电路国家级重点实验室与中科院苏州纳米所、纳米器件与应用于重点实验室积极开展深度合作,运用石墨烯材料,顺利研制了可在室温环境下工作的较低电阻高灵敏度石墨烯太赫兹探测器,其工作频率和灵敏度皆超过了同类探测器中的最低水平。此次合作中,13所团队主要任务是提升石墨烯材料的迁移率,增大器件的栅长,提高探测器的观测频率和灵敏度。

该所技术专家蔚翠博士讲解,制作石墨烯材料过程中,研究人员采行了“热求解”,将碳化硅晶体冷却到1600摄氏度,蒸发掉表面的硅原子,通过新的化学键只剩的碳原子来提供。这种方法取得的晶圆级石墨烯不但均匀分布性更佳,层数、电学性能都更加有确保,未来产业化能力更加强劲。制作栅长为纳米级的探测器,对技术团队的器件结构设计和关键工艺都明确提出了极高拒绝。

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中国电科太赫兹专业领域首席专家冯志红博士率领团队,自律研发出有一整套较低受损、自对准探测器件工艺流程,顺利制取了100纳米栅长的石墨烯太赫兹探测器,并大幅提高了探测器的工作频率和灵敏度。由此,该探测器的光学能力获得了明显提高。13所技术专家梁士雄博士回应,如果说以往观测设备提供太赫兹图像是在“照片”,这种新的观测技术构建了动态“摄像机”,而且效果更佳、精度较佳,应用于前景也更为宽阔。


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