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我国石墨烯太赫兹外差混频探测器研究获进展

作者:唯一官网 时间:2021-01-15 00:18
本文摘要:记者6月29日从中国科学院获悉,中国电子技术集团有限公司第十三研究所专用集成电路国家级重点实验室与中国科学院苏州纳米技术及纳米生物研究所、中国科学院纳米零部件、应用重点实验室再次合作。以高灵敏度石墨烯场效应晶体管太赫兹自混合探测器为基础,建立了杂波混合和波混合观测。最小观测频率超过650GHz,利用自身混合观测的号召度校准了对外劣化混合和教派混合的效率,最近在碳材料杂志Karbon上公开。

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记者6月29日从中国科学院获悉,中国电子技术集团有限公司第十三研究所专用集成电路国家级重点实验室与中国科学院苏州纳米技术及纳米生物研究所、中国科学院纳米零部件、应用重点实验室再次合作。以高灵敏度石墨烯场效应晶体管太赫兹自混合探测器为基础,建立了杂波混合和波混合观测。最小观测频率超过650GHz,利用自身混合观测的号召度校准了对外劣化混合和教派混合的效率,最近在碳材料杂志Karbon上公开。

红外线和毫米波之间有频率的太赫兹波在光学、雷达、通信等技术领域有着广泛的应用前景,太赫兹波与物质的相互作用研究具有最重要的科学意义。高灵敏度太赫兹波探测器是开发太赫兹应用技术的核心设备,是积极开展太赫兹科学研究的最重要手段和主要内容之一。太赫兹波观测可分为必要观测和异质差异观测两种方法。

必要的观察是只获得太赫兹波的强度或功率信息。异质差异观测可以同时获得太赫兹波的振幅、振幅和频率信息,适用于需要太赫兹雷达、通信和光谱光学的核心设备。

通过测量的太赫兹信号和低噪声局部相干太赫兹信号的混合,在测量的信号下,将外差探测器转换为微波无线频段的中频信号后进行检测。与必要的观察相比,外科学考察通常反应速度和灵敏度不高,但探测器结构和电路更简单,对混合的机制、效率和材料提出更高的拒绝。天线耦合场效应晶体管反对在比截止频率高得多的频率太赫兹波段进行自混合观测和杂差混合观测。

电子是构建大规模阵列探测器和基于场效应晶体管的外差混合观测所需观测的有效方法。目前,国际上以CMOS晶体管为基础,建立了213GHz的2次(426GHz)和3次(639GHz)教派混合观测,但高阻力特性允许工作频率和中频比特率的增加。石墨烯场效应晶体管具有低电子迁移率、低回波费米能、双极载波和非线性输运等特性,获得了建立高灵敏度太赫兹波自混合和外差混合观测的新方法。此前,双方重点实验室“进化组”和“彭支红组”成功获得了在室温下工作的低电阻高灵敏度石墨烯太赫兹探测器,其工作频率(340GHz)和灵敏度(~ 50PW/HZ1/2)超过了同类探测器中的最低水平。

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此次合作进一步将工作频率提高到650GHz,建立了异质混合观测。以650GHz运行的G-FET太赫兹探测器通过构建初期硅镜片,首先通过216、432、650GHz的自混合观察,验证了探测器的诉求特性是否与设计预期完全一致。

对自混合观测的呼吁度和太赫兹波功率进行了测试标记。因此,建立了本振为216GHz和648GHz的异质混合观测,并建立了本振为216GHz的第二次波形(432GHz)和第三次波形(648GHz)混合观测。

混合损失分别为38.4dB和57.9dB,相应的噪音等效功率分别为13fW/Hz和2pW/Hz。二次谐波混合损失比216GHz外差混合损失低约8dB。此次混合频率远远高于国际报道的石墨烯异质差异观测的最低工作频率(~ ~200GHz),但中频信号比特率大于2GHz,高于国际报道的最低中频比特率(15GHz)。总的来说,目前G-FET异质混合探测器的性能达不到肖特基二极管混频器。

但是,无论是材料质量还是零件设计和工艺技术,都有很大的优化和空间改进。根据Andersson等预测,G-FET的混合转换效率可以降低到23.5dB,如何超过和打破肖特基二极管混合探测器的性能指标,是今后发展需要重点关注的重要问题。


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