Во всем допустимом диапазоне электромагнитных колебаний самой "труднодоступной областью" является участок между радиоволнами и инфракрасным светом. В течение уже многих десятилетий ученые пытались придумать методы и технологии, которые открыли окно в этот диапазон, который дает возможность обнаружения скрытых предметов, анализ химического состава веществ на расстоянии и другие возможности, весьма интересные с научной и практической точки зрения.

До последнего момента были попытки проникнуть в скрытое терагерцовым диапазоном. Но, все устройства, созданные для этого, были весьма громоздкими, дорогостоящими и медленными. В них для регистрации терагерцового излучения использовали диоды Шоттки или микроболометры. Детектор на основе диодов Шоттки обычно содержит один или несколько пикселей, которыми выполняют последовательное сканирование всей сцены съемки, а это, как понятно, процесс весьма медленный. Микроболометры могут быть объединены в матрицы, но для обеспечения их высокой чувствительности требуется охлаждение до весьма низких температур.

Совсем недавно команда, состоящая из исследователей университета Вупперталя, Германия, и французского отделения швейцарской компании STMicroelectronics, разработала CMOS-камеру, способную снимать видео в терагерцовом диапазоне. "Я считаю, что это достижение является одним из значимых событий в областях исследований, связанных с терагерцовым диапазоном электромагнитных волн" - рассказывает Питер Сигель, ученый, работающий в схожей области в Калифорнийском технологическом институте и в Лаборатории НАСА по изучению реактивного движения. - "Им удалось найти замечательное решение, преодолев немалое количество сложных проблем, связанных с работой кремниевых полупроводников на высоких частотах".

Эта камера, основой которой является кремниевая транзисторная матрица, имеет всего 1024 пиксела, поэтому ей не суждено стать "окном" с высоким разрешением в невидимый терагерцовый мир. Самым важным в создании данной камеры является то, что это демонстрирует, что терагерцовые технологии вскоре могут стать дешевыми и общедоступными. Сканирующие детекторы с единственным пикселом стоят сейчас начиная с 10 тысяч долларов, поэтому, появление детектора, который может выпускать любой производитель полупроводниковых чипов, является настоящим прорывом. "Я считаю, что как только технология станет общедоступной, сразу же найдется масса задач, решение которых ранее было просто невозможным" - утверждает Сигель.

Создание терагерцового транзисторного детектора являлось труднейшей задачей, потому, что даже самые лучшие образцы кремниевых транзисторов не могут работать на частотах выше нескольких сотен гигагерц, даже близко не приближаясь к краю терагерцового диапазона. Это ограничение обуславливается тем, что электронам требуется какое-то время, что бы физически переместиться с одного края кристалла транзистора к другому. Эта задержка обуславливает так называемую частоту среза транзистора, максимальную частоту, которую способен передать через себя транзистор. Но еще в 1996 году физики Мишель Дяконов (Michel Dyakonov) и Майкл Шур (Michael Shur) теоретически показали что ограничение частоты среза может быть преодолено в полевых транзисторах особого вида. И хотя выше частоты среза танзистор уже не сможет усиливать сигнал, подаваемый непосредственно в канал транзистора, он будет передавать его почти без искажений.

На описанном выше принципе учеными университета Вупперталя были разработаны транзисторные пикселы для терагерцовой камеры. Канал этих транзисторов, весьма малой длины, был максимально приближен к управляющему электроду, затвору. Затвор транзистора связан с крошечной медной кольцевой антенной, имеющей максимальную чувствительность в диапазоне от 0.6 до 1 терагерца. В результате сложного процесса смешения терагерцовые высокочастотные колебания превращаются в стабильный сигнал постоянного напряжения, пропорциональный интенсивности принимаемого терагерцового сигнала.

Матрица терагерцовой камеры была представлена на Международной конференции по твердотельным схемам (International Solid-State Circuits Conference), проходившей в феврале месяце в Сан-Франциско. Транзисторы матрицы и антенны выполнены на одном кремниевом кристалле с использованием 65-нм технологии. Матрица устанавливается позади линзы, изготовленной из кремния, которая, в отличие от стекла, прозрачна в терагерцовом диапазоне. Готовая камера может снимать с частотой 25 кадров в секунду, потребляет совсем немного энергии и подключается к другим устройствам через интерфейс USB.



Ключевые слова:
Камера, Волны, Электромагнитные, Колебания, Диапазон, Транзистор, Матрица, Кремний, Антенна

Первоисточник

Другие новости по теме:

Графеновые транзисторы радикально новой структуры способны работать на терагерцовых скоростях

Создан новый метод съемки в терагерцовом диапазоне, использующий уникальную технологию лазерно-электронного кодирования

Создан первый усилитель, эффективно работающий в терагерцовом диапазоне

Создан новый терагерцовый чип-передатчик, способный обеспечить высокую скорость беспроводной передачи данных

Создан маленький и простой сенсор, позволяющий детектировать импульсы терагерцового излучения, преобразовывая их в звук

Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.