重磅!我国在国际上首次实现了石墨烯外差混频探测

来源:军报记者作者:记者韩阜业责任编辑:李志勇
2017-07-13 17:32

军报记者北京7月13日电(记者韩阜业)近日,中国电子科技集团公司13所专用集成电路国家级重点实验室携手中科院苏州纳米所纳米器件与应用重点实验室,成功将石墨烯太赫兹探测器的工作频率提高至650 GHz,在国际上首次实现了石墨烯外差混频探测,为太赫兹立体成像打开了新世界的大门。

太赫兹波被誉为“改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,具有较低的光子能量,较高的穿透能力,在安检成像、雷达、通信、天文、大气观测和生物医学等众多技术领域,有着广阔的应用前景。

太赫兹波虽然功能强大,但由于其探测难度大,一直制约着行业的发展。现有的探测技术存在工作环境需要深低温、响应速度慢、探测率低等问题,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,必须通过运用新材料、研发新技术予以突破。

据了解,此次合作中13所重点实验室团队主要任务是提高石墨烯材料的迁移率,缩小器件的栅长,提升探测器的探测频率和灵敏度。

“我们用‘热解法’来制作石墨烯材料,这种方法是将碳化硅晶体加热到1600摄氏度,蒸发掉表面的硅原子,通过重新排布剩下的碳原子来获取。”13所技术专家蔚翠博士解释道:“这种方法获得的晶圆级石墨烯不但均匀性更好,层数、电学性能都更有保障,未来产业化能力更强。”

工艺听起来十分简单,但任何在纳米数量级上的产品制作都是分外艰难的。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提出了非常高的要求,稍有不慎就会前功尽弃。为达到技术要求,中国电科太赫兹专业领域首席专家冯志红博士带领团队夜以继日、连续奋战,突破了石墨烯场效应太赫兹探测器制备的系列关键技术,自主研发出了一整套低损伤,自对准探测器件工艺流程,并成功制备了100纳米栅长的石墨烯太赫兹探测器,大幅提高了探测器的工作频率和灵敏度。

由于这款探测器的工作频率和灵敏度得到了大为提升,其成像能力也有了显著的效果。“如果说以往探测设备获取的太赫兹图像是在‘拍照’的话,这种新的探测技术可以实现实时‘摄像’!”13所技术专家梁士雄博士这样比喻。

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