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国际首次!中国科研团队实现“石墨烯”外差混频探测


来源:教育科学部

[导读]  从中国电科获悉,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携手,于前不久成功将石墨烯太赫兹探测器的工作频率提高至650 GHz,并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。

中国粉体网讯  从中国电科获悉,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携手,于前不久成功将石墨烯太赫兹探测器的工作频率提高至650 GHz,并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。


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,后者作为电磁波家族的神秘存在,更是被誉为“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。


然而,太赫兹的探测难度很大,一直制约着行业发展。按照中国电科13所专家的说法,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。


中国电科13所重点实验室和中科院苏州纳米所、纳米器件与应用重点实验室携手合作,就是要试着解决这些难题。中国电科13所技术专家蔚翠博士说,两家单位通过运用当前最火的“黑金”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烯太赫兹探测器,其工作频率和灵敏度均达到了同类探测器中的最高水平。


在这次合作中,中国电科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。蔚翠说:“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。” 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。蔚翠说: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。



中国电科太赫兹专业领域首席专家冯志红博士带领团队,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。


这款探测器听起来有些“高冷”,但它的应用场景却分外亲切,人们极为熟知的太赫兹安检领域将来就可应用这款产品。中国电科13所技术专家梁士雄博士打了一个比方: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”。

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