突破性进展：6G/7G太赫兹波探测

Nanophotonics（《纳米光子学》）发表了一篇论文，东北大学研究小组称其在THz波探测技术方面取得了突破性进展，成功开发了一种在室温下运行的高速、高灵敏度THz波探测器，这是一项重大进步，可能会彻底改变未来6G/7G通信技术。

在半导体场效应晶体管中，存在一个二维电子通道，其中存在由二维等离子体激元组成的集体电荷密度量子。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。源自这些类流体行为的线性整流效应和快速响应意味着它们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有前途的手段。

研究人员研究了一种基于栅读出配置中的InGaAs通道高电子迁移率晶体管（HEMT）的非对称双光栅栅等离子体THz探测器，其在室温下具有高灵敏度。并发现了一种被称为“3D整流效应”的新检测机制。

这是通道中等离子体非线性与InGaAs通道层和InAlAs间隔层/载流子供应层/势垒层之间势垒中二极管非线性的协同效应，导致探测器灵敏度大幅增强。

然而，由于当载流子穿过势垒到达栅极时，载流子被捕获在硅掺杂载流子供应层中，器件的时间脉冲光响应会产生长尾波形。通过使用倒置HEMT结构可以完全消除这些问题。

该传感器的内部电流响应度和噪声等效功率为0.49A/W（等效电压响应度为4.9kV/W，输出阻抗为10kΩ），0.8THz时为196pW/√Hz。

“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的一个关键问题。

“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”，东北大学新产业创造孵化中心的特任教授Tetsuya Suemitsu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。”

他说，这些结果为等离子体太赫兹探测器应用于B5G太赫兹无线通信系统铺平了道路。