研究人员成功利用晶体管中的二维等离子体进行高灵敏度太赫兹检测
研究小组开发了一种在室温下运行的高速、高灵敏度太赫兹波探测器，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》杂志上 。
当前通信速度的提高将依赖于太赫兹(THz)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 GHz 到 3 THz 的频率。
尽管如此，在室温下快速、灵敏地检测太赫兹波对于传统的电子或光子半导体器件来说仍然是一个挑战。
这就是二维等离子体激元的用武之地。在半导体场效应晶体管中，存在二维电子通道，其中存在集体电荷密度量子，即二维等离子体激元。这些等离子体激元是电子的激发态，表现出类似流体的行为。它们源自这些类流体行为的非线性整流效应以及它们的快速响应(不受电子渡越时间的限制)使它们成为在室温下检测太赫兹波的有前途的手段。
“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 Akira Satou 说道。“该探测器基于磷化铟高电子迁移率晶体管，它使我们能够将探测灵敏度比基于二维等离子体激元的传统探测器高出一个数量级以上。”
新的检测方法将传统的二维等离子体激元垂直流体动力非线性整流效应与垂直二极管电流非线性相结合。
它还极大地解决了由高速调制信号多次反射引起的波形失真——这是基于二维等离子体激元的传统探测器中的一个关键问题。
与佐藤一起领导该小组的是东北大学新产业创造孵化中心的 Tetsuya Suemitsu 教授和日本理化学研究所先进光子学中心的 Hiroaki Minamide 教授。
“我们的新检测机制克服了传统太赫兹波检测器的大部分瓶颈，”佐藤补充道。“展望未来，我们希望通过提高设备性能来巩固我们的成就。”
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