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中国实现石墨烯外差混频探测,开启太赫兹立体成像的大门

  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,两者貌似不搭茬。不过,最近它们“碰撞”在一起,产生了绚丽的“火花”。

  记者13日从中国电子科技集团公司获悉,科研人员成功将石墨太赫兹探测器的工作频率提高至650GHz,在国际上首次实现石墨烯外差混频探测,开启了太赫兹立体成像世界的大门。

  作为电磁波家族中最神秘的存在,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,具有较低光子能量,较高穿透能力,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广阔应用前景。然而要实现该技术的广泛应用,必须运用新材料、研发新技术予以突破。

  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、纳米器件与应用重点实验室开展深度合作,运用石墨烯材料,成功研制了可在室温环境下工作的低阻抗高灵敏度石墨太赫兹探测器,其工作频率和灵敏度均达到了同类探测器中的最高水平。

  此次合作中,13所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。该所技术专家蔚翠博士介绍,制作石墨烯材料过程中,研究人员采取了“热解法”,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。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。

  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极高要求。中国电科太赫兹专业领域首席专家冯志红博士带领团队,自主研发出一整套低损伤、自对准探测器件工艺流程,成功制备了100纳米栅长的石墨太赫兹探测器,并大幅提高了探测器的工作频率和灵敏度。

  由此,该探测器的成像能力得到了显著提升。13所技术专家梁士雄博士表示,如果说以往探测设备获取太赫兹图像是在“拍照”,这种新的探测技术实现了实时“摄像”,而且效果更好、精度更佳,应用前景也更加宽广。

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