國際首次！中國科研團隊實現“石墨烯”外差混頻探測

國際首次！中國科研團隊實現“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實驗室與中科院蘇州納米所、納米器件與應用重點實驗室攜手，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，并在國際上首次實現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，后者作為電磁波家族的神秘存在，更是被譽為“改變未來世界的十大技術”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、通信、天文、大氣觀測和生物醫學等眾多技術領域，有著廣闊的應用前景。

然而，太赫茲的探測難度很大，一直制約著行業發展。按照中國電科13所專家的說法，現有的探測技術存在工作環境需要深低溫、響應速度慢、探測率低等問題，因此，發展室溫工作的超高靈敏度太赫茲探測器對推進太赫茲技術應用具有重要意義，必須通過運用新材料、研發新技術予以突破。

中國電科13所重點實驗室和中科院蘇州納米所、納米器件與應用重點實驗室攜手合作，就是要試著解決這些難題。中國電科13所技術專家蔚翠博士說，兩家單位通過運用當前最火的“黑金”石墨烯材料，成功研制了可在室溫環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所重點實驗室團隊主要任務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、電學性能都更有保障，未來產業化能力更強。

工藝聽起來十分簡單，但任何在納米數量級上的產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，對技術團隊的器件結構設計和關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領域首席專家馮志紅博士帶領團隊，突破了石墨烯場效應太赫茲探測器制備的系列關鍵技術，自主研發出了一整套低損傷，自對準探測器件工藝流程，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”，但它的應用場景卻分外親切，人們極為熟知的太赫茲安檢領域將來就可應用這款產品。中國電科13所技術專家梁士雄博士打了一個比方：如果說以往探測設備獲取的太赫茲圖像是在“拍照”的話，這種新的探測技術可以實現實時“攝像”。

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