Hög känslighet terahertz detektor
Forskningsprojekt , 2012 – 2014

Terahertzvågor är idag ett begrepp som främst har betydelse inom vetenskapen och som syftar på de elektromagnetiska vågor vars frekvenser sträcker sig från 100 GHz till 10 THz. Detta frekvensområde har tidigare omnämnts som den sista outforskade delen av det elektromagnetiska spektrat. Ny sofistikerad teknologi har emellertid kommit att ändra på detta och gjort terahertzvågor till ett mycket lovande forskningsområde. Man kan fråga sig vad det är som gör just dessa frekvenser intressanta, det vill säga vilka tillämpningar som går att finna. Listan på tillämpningar kan göras lång. Molekylär spektroskopi var det första området där terahertzeknologi började användas. I varma gaser (molekyler) både avges och absorberas det strålning i terahertzområdet på specifika frekvenser intimt förknippade med molekyler i fråga (sk. molekylfingeravtryck) Detta utnyttjades först av astronomer som började bygga både mark- och rymdbaserade teleskop för att lära mer om olika ämnens förekomst i universum och i jordens atmosfär. Till exempel har man kunnat se att områdena mellan stjärnor och galaxer inte är tomma, utan innehåller stora mängder molekyler och stoft. På jorden har man med hjälp av terahertzeknologi kunnat studera molekyler på hög nivå i atmosfären och bland annat kunna kartlägga hur ozonlagret påverkas av utsläpp från industrin. Nya resultat visar också att terahertzvågor kan användas för att identifiera DNA och andra stora molekyler. Även inom sjukvården finns många tillämpningar. Till exempel kan terahertzvågor användas för att detektera cancervävnad. Terahertzstrålning är inte joniserande och därmed ofarlig för människor. Många andra exempel på tillämpningar finns inom sjukvård, säkerhetssystem etc. Allt detta möjliggörs med avancerad utrustning, så som känsliga detektorer och kraftfulla signalkällor. Instrument som används inom astronomin är ofta stora och dyra, men har i gengäld den högsta möjliga känsligheten. För att åstadkomma denna höga känslighet används idag detektorer som kyls till temperaturer strax över den absoluta nollpunkten. I vissa applikationer kan man dock göra avkall på dessa höga känslighetskrav, vilket då medför mindre och mer lätthanterliga instrument. Dessa instrument kan till exempel baseras på Schottkydioder, som inte kräver någon kylning och används för frekvenser under 1 THz. För högre frekvenser blir dock känsligheten för schottkydioder genast sämre. Dessutom är det svårt att få dessa detektorer att täcka breda frekvensområden. I detta projekt är målet att utveckla en helt ny klass av så kallade bolometerdetektorer för terahertzområdet som kan få tillämpningar i flera av de ovan nämnda exemplen. Detektorerna baseras på tunna (tiotals nanometer) filmer av YBa2Cu3O7 (YBCO), vilket är ett material som varit känt i drygt 20 år och sedan dess har fått stor uppmärksamhet inom olika forskningsområden. Nya resultat från vårt laboratorium har visat att när en YBCO film är mindre än 1 mikrometer i storlek, får man en känslig THz detektor. Det blir en, så kallad, bolometer, men på nanoskalan. Vanligen, en bolometer isoleras noggrant från omgivningen på en membran. Sådana bolometrar fungerar utmärkt för infraröda vågor. För att fungera bra som en THz detektor, skall en bolometer inte vara större än 100nm. För sådana bolometrar kommer känsligheten att vida överstiga den för Schottkydioder, vid rumstemperatur och ännu mer vid 77 K,. En annan fördel som har visat sig med YBCO-bolometrar är deras stora bandbredd som inte kan matchas av någon annan terahertzdetektor. I tillverkningen integreras bolometrarna med terahertzantenner i flera avancerade fabrikationssteg som bland annat involverar pulserad laserdeponering (PLD), elektronlitografi och jonetsning.

Deltagare

Serguei Cherednichenko (kontakt)

Biträdande professor vid Chalmers, Mikroteknologi och nanovetenskap (MC2), Terahertz- och millimetervågsteknik

Finansiering

Vetenskapsrådet (VR)

Finansierar Chalmers deltagande under 2012–2014

Mer information

Senast uppdaterat

2017-08-13