14:37 2022-12-08
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ O cameră terahertz la temperatura camerei bazată pe un CMOS și puncte cuantice
_ O cameră-temperature cameră terahertz bazată pe un CMOS și puncte cuantice
Radiația terahertz (THz) este radiație electromagnetică care variază de la frecvențe de la 0,1 THz la 10 THz, cu lungimi de undă între 30μm și 3mm. Detectarea fiabilă a acestei radiații ar putea avea numeroase aplicații valoroase în securitate, inspecția produselor și controlul calității.
De exemplu, detectoarele THz ar putea permite agenților de aplicare a legii să descopere potențiale arme pe oameni sau în bagaje în mod mai fiabil. Ar putea fi folosit și pentru a monitoriza mediile naturale fără a le deteriora sau pentru a evalua calitatea alimentelor, a cosmeticelor și a altor produse.
Studii recente au introdus mai multe dispozitive și soluții pentru detectarea radiațiilor terahertzi. În timp ce câteva dintre ele au obținut rezultate promițătoare, performanța lor în ceea ce privește sensibilitatea, viteza, lățimea de bandă și temperatura de funcționare este adesea limitată. Cercetătorii de la Massachusetts Institute of Technology (MIT), Universitatea din Minnesota și alte institute din Statele Unite și Coreea de Sud au dezvoltat recent o nouă cameră care poate detecta în mod fiabil radiația THz la temperatura camerei, în timp ce caracterizează așa-numitele stări de polarizare. Această cameră, introdusă într-o lucrare publicată în Nature Nanotechnology, se bazează pe conductoare complementare de oxid de metal (CMOS) disponibile pe scară largă, îmbunătățite folosind puncte cuantice (adică particule semiconductoare de dimensiunea nm cu proprietăți optoelectronice avantajoase).
< „Măsurătorile noastre anterioare ale electroluminiscenței din puncte cuantice (QD) au arătat că transferul de sarcină între ele poate fi indus de un puls de lumină cu frecvență THz”, Keith A. Nelson, Sang-Hyun Oh și Jiaojian (Tristan) Shi, trei dintre cercetătorii care au efectuat studiul, au spus Phys.org prin e-mail. „Câmpul electric al luminii trage un electron de pe un QD și îl transferă către un QD învecinat. După ce pulsul THz se termină (de obicei este doar un ciclu al câmpului), electronul se recombină cu QD-ul părinte.”În munca lor anterioară, Nelson și colegii săi au descoperit că întoarcerea unui electron la punctul cuantic gazdă inițial este însoțită de obicei de emisia de lumină vizibilă. În noul lor studiu, ei și-au propus să creeze un dispozitiv care să folosească procesul pe care l-au observat și emisia de lumină rezultată pentru a detecta impulsurile THz.
„Obiectivul nostru a fost să dezvoltăm un dispozitiv care să utilizeze acest mecanism pentru a detecta Pulsurile THz, transformându-le în emisie de lumină vizibilă”, au spus Nelson, Oh și Shi. „De asemenea, am dorit să realizăm și alte funcționalități noi, activate în mod unic de un astfel de mecanism de detectare nou.”
Camera THz bazată pe CMOS creată de cercetător a fost asamblată în două etape separate. În primul rând, Nelson, Oh, Shi și colegii lor au fabricat structuri de îmbunătățire a câmpului la scară nanometrică (adică straturi conductoare modelate cu goluri izolatoare submicronice în care un câmp THz incident este puternic îmbunătățit). Aceste structuri au fost create folosind litografie cu fascicul de electroni, o metodă comună de a scrie sau de a desena modele pe substări. A doua etapă a asamblarii camerei a presupus sinteza punctelor cuantice și depunerea lor pe structurile de îmbunătățire a câmpului.
„QD-urile care ajung în golurile izolatoare sunt supuse câmpului THz îmbunătățit. Electroluminiscența lor produce lumină vizibilă care este detectată cu un element CMOS convențional”, au explicat Nelson, Oh și Shi. „Fabricarea sa efectivă este complexă, dar se bazează pe două tehnologii existente, iar procesele pot fi separate în părți distincte. Astfel, producția de masă simplificată ar trebui să fie posibilă și cu costuri reduse”.
În evaluările inițiale, camera de detectare a THz creată de această echipă de cercetători a obținut rezultate remarcabile, detectând impulsuri THz cu câmpuri de vârf de până la 10 kVcm-1 la temperatura camerei, cu o rată de răspuns rapidă și ridicată. lățime de bandă. Dispozitivul este, de asemenea, accesibil și poate fi mărit până la dimensiunea plachetei pentru imagini pe suprafețe mari sau alte aplicații la scară mare.
Spre deosebire de alți detectoare de radiații THz concepute în trecut, camera creată de Nelson, Oh și Shi pot detecta simultan atât intensitatea luminii THz, cât și stările de polarizare. În viitor, ar putea deschide astfel noi posibilități interesante pentru detectarea și caracterizarea luminii THz.
„Acum intenționăm să îmbunătățim și mai mult performanța qTV, de exemplu folosind diferite QD sau OLED (LED organic) materiale, detectoare vizibile răcite și amplificate, goluri izolatoare și mai înguste etc.”, au adăugat cercetătorii. „Am efectuat lucrări preliminare privind integrarea dispozitivelor qTV cu un câmp electric de curent continuu, cu o idee similară dezvoltării detectorului de avalanșă, care poate crește sensibilitatea THz și poate scădea pragul. Intenționăm să explorăm această direcție în continuare pentru a permite CW sau cvasi-CW Sensarea THz. Mecanismul de conversie ascendentă pe care l-am descoperit este atât de convenabil încât ar putea chiar să permită dezvoltarea unui spectrometru THz ultramic, care combină rețele coaxiale cu diametrul variabil cu QD-uri.”
© 2022 Science X Network
Comentarii:
Adauga Comentariu