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晶体管二维等离子体的高灵敏太赫兹探测
发布时间:2024-01-23 15:57:28 阅读:213

来源:(日本)东北大学;太赫兹研发网 余郑璟博士 编译


器件结构鸟瞰图与器件表面电子显微照片。
G1:栅极1电极,G2:栅极2电极,D:漏极,S:源极。
来源:佐藤昭(Akira Satou)等人

    (日本)东北大学和日本理化学研究所(RIKEN)的一个研究小组开发了一种能在室温条件下高速、高灵敏度工作的太赫兹波探测器,为下一代6G/7G技术的发展铺平了道路。

    他们的突破细节于2023年11月9日发表在《纳米光子学》(Nanophotonics )杂志上。

    将来,对于当前通信速度的提高将依赖于太赫兹波。太赫兹波是太赫兹范围内的电磁波,位于电磁频谱的微波和红外部分之间,通常跨越300千兆赫到3太赫兹的频率。

    但目前,对于传统的基于电子或光子的半导体器件来说,在室温条件下,如何快速灵敏地利用太赫兹波进行检测仍然是一项挑战。

    这就是二维等离子体的来源。在半导体场效应晶体管内部,有一个二维电子通道,其中存在有集体电荷密度量子,即二维等离子体。这些等离子体具有呈现出类似流体行为的电子激发态。它们的非线性整流效应源于这些类似流体的行为,其快速响应(不受电子渡越时间的限制)使其成为在室温下检测太赫兹波的一种很有前途的手段。

器件中3D整流效果示意图。
来源:佐藤昭(Akira Satou)等人

    “我们在太赫兹波探测器中发现了3D等离子体整流效应,”研究小组组长、东北大学电气通信研究所(RIEC)副教授佐藤昭(Akira Satou)表示。“该探测器基于磷化铟高电子迁移率晶体管,使我们能够将探测灵敏度提高到比基于2D等离子体的传统探测器高一个数量级以上。”

    新的检测方法将传统二维等离子体垂直流体动力学非线性整流效应与所添加的垂直二极管电流非线性相结合。

    不仅如此,它还显著解决了高速调制信号多次反射所引起的波形失真问题 —— 这是基于2D等离子体传统探测器中的一个关键问题。

    与佐藤昭(Akira Satou)副教授一起领导该研究团队的还有东北大学新产业创造孵化中心(Tohoku University's New Industry Creation Hatchery Center )的特聘教授末光哲也(Tetsuya Suemitsu)和理研高级光子中心(RIKEN Center for Advanced Photonics)的南出泰亚(Hiroaki Minamide)教授。

    佐藤昭(Akira Satou)副教授补充到:“我们的检测机制,其创新就在于克服了传统太赫兹波探测器的大多数瓶颈问题。展望未来,我们希望通过提高设备性能来巩固我们的成果。”

 
 

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