Videnskab
 Science >> Videnskab >  >> nanoteknologi

Højfølsom terahertz-detektion af 2D-plasmoner i transistorer

Et fugleperspektiv af enhedens struktur og elektronmikrofotografier af enhedens overflade. G1:gate 1 elektrode, G2:gate 2 elektrode, D:drænelektrode og S:source elektrode. Kredit:Akira Satou et al.

En forskergruppe fra Tohoku University og RIKEN har udviklet en højhastigheds, højfølsom terahertzbølgedetektor, der fungerer ved stuetemperatur, hvilket baner vejen for fremskridt i udviklingen af ​​næste generations 6G/7G-teknologi.



Detaljer om deres gennembrud blev offentliggjort i tidsskriftet Nanophotonics den 9. november 2023.

Forbedringen af ​​nuværende kommunikationshastigheder vil være afhængig af terahertz (THz) bølger. THz-bølger er elektromagnetiske bølger inden for THz-området, som falder mellem mikrobølge- og infrarøde dele af det elektromagnetiske spektrum, typisk spænder over frekvenser fra 300 gigahertz til 3 THz.

Alligevel er den hurtige og følsomme detektion af THz-bølger ved stuetemperatur udfordrende for konventionelle elektronisk- eller fotonbaserede halvlederenheder.

Det er her, todimensionelle plasmoner kommer ind. I en halvlederfelteffekttransistor er der en todimensionel elektronkanal, hvor der findes en kollektiv ladningstæthedskvanta, dvs. todimensionelle plasmoner. Disse plasmoner er exciterede tilstande af elektroner, der udviser væskelignende adfærd. Deres ikke-lineære ensretningseffekter, der stammer fra disse væskelignende adfærd, og deres hurtige reaktion (ikke begrænset af elektrontransittid) gør dem til et lovende middel til at detektere THz-bølger ved stuetemperatur.

Skematisk visning af 3D-korrigeringseffekten i enheden. Kredit:Akira Satou et al.

"Vi opdagede en 3D-plasmonisk ensretningseffekt i THz-bølgedetektor," siger Akira Satou, leder af forskergruppen og lektor ved Tohoku Universitys forskningsinstitut for elektrisk kommunikation (RIEC). "Detektoren var baseret på en indium-phosphid-transistor med høj elektronmobilitet, og den gjorde det muligt for os at forbedre detektionsfølsomheden mere end en størrelsesorden højere end konventionelle detektorer baseret på 2D-plasmoner."

Den nye detektionsmetode kombinerede den traditionelle vertikale hydrodynamiske ikke-lineære ensretningseffekt af 2D-plasmoner med tilføjelsen af ​​en vertikal diodestrøm-ulinearitet.

Det løste også dramatisk bølgeformsforvrængning forårsaget af flere refleksioner af højhastighedsmodulerede signaler - et kritisk problem i konventionelle detektorer baseret på 2D-plasmoner.

Leder af gruppen sammen med Satou blev specialudnævnt professor Tetsuya Suemitsu fra Tohoku University's New Industry Creation Hatchery Center og Hiroaki Minamide fra RIKEN Center for Advanced Photonics.

"Vores nye detektionsmekanisme overvinder de fleste flaskehalse i konventionelle terahertz-bølgedetektorer," tilføjer Satou. "Når vi ser fremad, håber vi at bygge videre på vores præstation ved at forbedre enhedens ydeevne."

Flere oplysninger: Akira Satou et al., Gate-udlæsning og en 3D-korrigeringseffekt til gigantisk responsivitetsforøgelse af asymmetriske dobbeltgitter-gate plasmoniske terahertz-detektorer, nanofotonik (2023). DOI:10.1515/nanoph-2023-0256

Leveret af Tohoku University




Sidste artikel

Næste artikel

Varme artikler
Sprog: French | Italian | Spanish | Portuguese | Swedish | German | Dutch | Danish | Norway |

Videnskab © https://da.scienceaq.com