Natuurkundigen van RIKEN hebben een halfgeleiderapparaat aangetoond dat veelbelovend is voor zowel het genereren als het detecteren van terahertz-straling. Dit kan helpen bij de ontwikkeling van hoogwaardige geïntegreerde oplossingen voor terahertz-beeldvormings- en detectietoepassingen en voor snelle, draadloze communicatiesystemen van de volgende generatie.

Terahertz-straling is elektromagnetische golven met frequenties tussen 0,1 en 10 terahertz. Het valt tussen microgolven en infraroodstraling op het elektromagnetische spectrum. Dit bereik wordt de terahertz-kloof genoemd omdat het in toepassingen onderbenut is in vergelijking met andere regio's van het spectrum, die op grote schaal in veel toepassingen zijn gebruikt.

Een reden waarom terahertz-straling niet veel wordt gebruikt, is dat het van oudsher moeilijk is om terahertz-straling te genereren en te detecteren. Maar de afgelopen jaren zijn er veel vorderingen gemaakt op dit gebied, en terahertz-straling wint belangstelling voor beeldvorming voor luchthavenbeveiliging en medische doeleinden, evenals voor draadloze communicatiesystemen die terahertz-golven in plaats van microgolven als informatiedrager gebruiken.

Terwijl halfgeleiderapparaten die bekend staan ​​als resonante tunnelingdiode (RTD)-oscillatoren al vele jaren worden gebruikt als terahertz-emitters, Yuma Takida en Hiroaki Minamide van het RIKEN Center for Advanced Photonics hebben nu aangetoond dat ze ook bij kamertemperatuur terahertzstraling kunnen detecteren.

"Ons resultaat toont aan dat terahertz RTD-oscillatoren kunnen worden gebruikt als gevoelige detectoren van terahertz-golven, ", zegt Takida. "Dit belooft de ontwikkeling van geïntegreerde oscillator- en detectorchips te versnellen, die de weg vrijmaakt voor real-world terahertz-toepassingen."

Het RIKEN-paar, die samenwerkte met Safumi Suzuki en Masahiro Asada van het Tokyo Institute of Technology, heeft een RTD gefabriceerd die in twee detectiemodi kan werken. Een van deze modi was bijzonder gevoelig voor het detecteren van terahertz-golven, met een prestatie die vergelijkbaar is met die van op diodes gebaseerde detectoren.

"RTD's hebben verschillende belangrijke voordelen ten opzichte van andere detectoren, " merkt Takida op. "Deze voordelen omvatten een groter dynamisch bereik als gevolg van weerstand tegen een hoog ingangsvermogen en een hogere gevoeligheid bij kamertemperatuur. Verder, we hebben aangetoond dat een enkel RTD-apparaat kan worden gebruikt als zowel een oscillator als een detector op terahertz-frequenties."

Takida zegt dat de groeiende vraag naar terahertz-technologie en de vooruitgang in de halfgeleidertechnologie het werk mogelijk maakten.

Het team verwacht dat door het optimaliseren van het ontwerp apparaten kunnen worden gefabriceerd die overal in de 0,1-2 terahertz-regio werken. Toekomstig werk zal zich richten op het verbeteren van de gevoeligheid van hun RTD-detector en het demonstreren van geïntegreerde oplossingen voor breedband heterodyne-menging op terahertz-frequenties.