國際首次！中國科研團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)“石墨烯”外差混頻探測

國際首次！中國科研團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)“石墨烯”外差混頻探測

中國電科13所專用集成電路國家級重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與中科院蘇州納米所、納米器件與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室攜手，于前不久成功將石墨烯太赫茲探測器的工作頻率提高至650 GHz，并在國際上首次實(shí)現(xiàn)了石墨烯外差混頻探測，為太赫茲立體成像打開了新世界的大門。

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)，后者作為電磁波家族的神秘存在，更是被譽(yù)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，具有較低的光子能量，較高的穿透能力，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，有著廣闊的應(yīng)用前景。

然而，太赫茲的探測難度很大，一直制約著行業(yè)發(fā)展。按照中國電科13所專家的說法，現(xiàn)有的探測技術(shù)存在工作環(huán)境需要深低溫、響應(yīng)速度慢、探測率低等問題，因此，發(fā)展室溫工作的超高靈敏度太赫茲探測器對推進(jìn)太赫茲技術(shù)應(yīng)用具有重要意義，必須通過運(yùn)用新材料、研發(fā)新技術(shù)予以突破。

中國電科13所重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和中科院蘇州納米所、納米器件與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室攜手合作，就是要試著解決這些難題。中國電科13所技術(shù)專家蔚翠博士說，兩家單位通過運(yùn)用當(dāng)前最火的“黑金”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。

在這次合作中，中國電科13所重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)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。蔚翠說：“我們用 熱解法 來制作石墨烯材料，這種方法是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(qiáng)。

工藝聽起來十分簡單，但任何在納米數(shù)量級上的產(chǎn)品制作都是分外艱難的。蔚翠說：制作柵長為納米級的探測器，對技術(shù)團(tuán)隊(duì)的器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和關(guān)鍵工藝都提出了非常高的要求，稍有不慎就會前功盡棄。

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(duì)，突破了石墨烯場效應(yīng)太赫茲探測器制備的系列關(guān)鍵技術(shù)，自主研發(fā)出了一整套低損傷，自對準(zhǔn)探測器件工藝流程，并成功制備了100納米柵長的石墨烯太赫茲探測器，大幅提高了探測器的工作頻率和靈敏度。

這款探測器聽起來有些“高冷”，但它的應(yīng)用場景卻分外親切，人們極為熟知的太赫茲安檢領(lǐng)域?qū)砭涂蓱?yīng)用這款產(chǎn)品。中國電科13所技術(shù)專家梁士雄博士打了一個比方：如果說以往探測設(shè)備獲取的太赫茲圖像是在“拍照”的話，這種新的探測技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)“攝像”。

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