石墨烯和太赫茲“撞”出“火花”——科學(xué)家開啟太赫茲立體成像世界的大門
石墨烯和太赫茲,一個是面向未來的新材料,一個是面向未來的新技術(shù),兩者貌似不搭茬。不過,最近它們“碰撞”在一起,產(chǎn)生了絢麗的“火花”。
記者13日從中國電子科技集團(tuán)公司獲悉,科研人員成功將石墨烯太赫茲探測器的工作頻率提高至650GHz,在國際上首次實現(xiàn)石墨烯外差混頻探測,開啟了太赫茲立體成像世界的大門。 作為電磁波家族中最神秘的存在,太赫茲波被譽為改變未來世界的十大技術(shù)之一。這種頻率介于0.1THz到10THz之間的電磁波,具有較低光子能量,較高穿透能力,在安檢成像、雷達(dá)、通信、天文、大氣觀測和生物醫(yī)學(xué)等眾多技術(shù)領(lǐng)域有廣闊應(yīng)用前景。然而要實現(xiàn)該技術(shù)的廣泛應(yīng)用,必須運用新材料、研發(fā)新技術(shù)予以突破。 為此,中國電科13所專用集成電路國家級重點實驗室與中科院蘇州納米所、納米器件與應(yīng)用重點實驗室開展深度合作,運用石墨烯材料,成功研制了可在室溫環(huán)境下工作的低阻抗高靈敏度石墨烯太赫茲探測器,其工作頻率和靈敏度均達(dá)到了同類探測器中的最高水平。 此次合作中,13所團(tuán)隊主要任務(wù)是提高石墨烯材料的遷移率,縮小器件的柵長,提升探測器的探測頻率和靈敏度。該所技術(shù)專家蔚翠博士介紹,制作石墨烯材料過程中,研究人員采取了“熱解法”,將碳化硅晶體加熱到1600攝氏度,蒸發(fā)掉表面的硅原子,通過重新排布剩下的碳原子來獲取。這種方法獲得的晶圓級石墨烯不但均勻性更好,層數(shù)、電學(xué)性能都更有保障,未來產(chǎn)業(yè)化能力更強。 制作柵長為納米級的探測器,對技術(shù)團(tuán)隊的器件結(jié)構(gòu)設(shè)計和關(guān)鍵工藝都提出了極高要求。中國電科太赫茲專業(yè)領(lǐng)域首席專家馮志紅博士帶領(lǐng)團(tuán)隊,自主研發(fā)出一整套低損傷、自對準(zhǔn)探測器件工藝流程,成功制備了100納米柵長的石墨烯太赫茲探測器,并大幅提高了探測器的工作頻率和靈敏度。 由此,該探測器的成像能力得到了顯著提升。13所技術(shù)專家梁士雄博士表示,如果說以往探測設(shè)備獲取太赫茲圖像是在“拍照”,這種新的探測技術(shù)實現(xiàn)了實時“攝像”,而且效果更好、精度更佳,應(yīng)用前景也更加寬廣。 |