最近，從中國科學(xué)院獲悉，中國電子科技集團(tuán)有限公司第十三研究所專用集成電路國家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)

室與中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所、中國科學(xué)院納米器件與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室再次合作，

在高靈敏度石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管太赫茲自混頻探測(cè)器的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了外差混頻和分諧波混頻探測(cè)，

最高探測(cè)頻率達(dá)到650GHz，利用自混頻探測(cè)的響應(yīng)度對(duì)外差混頻和分諧波混頻的效率進(jìn)行了校準(zhǔn)，

該結(jié)果近期發(fā)表在碳材料雜志Carbon上。

頻率介于紅外和毫米波之間的太赫茲波在成像、雷達(dá)和通信等技術(shù)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，太赫

茲波與物質(zhì)的相互作用研究具有重要的科學(xué)意義。高靈敏度太赫茲波探測(cè)器是發(fā)展太赫茲應(yīng)用技術(shù)

的核心器件，是開展太赫茲科學(xué)研究的重要手段與主要內(nèi)容之一。太赫茲波探測(cè)可分為直接探測(cè)和

外差探測(cè)兩種方式：直接探測(cè)僅獲得太赫茲波的強(qiáng)度或功率信息;而外差探測(cè)可同時(shí)獲得太赫茲波的

幅度、相位和頻率信息，是太赫茲雷達(dá)、通信和波譜成像應(yīng)用必需的核心器件。外差探測(cè)器通過被

測(cè)太赫茲信號(hào)與低噪聲本地相干太赫茲信號(hào)的混頻，將被測(cè)信號(hào)下轉(zhuǎn)換為微波射頻波段的中頻信號(hào)

后進(jìn)行檢測(cè)。與直接探測(cè)相比，外差探測(cè)通常具備更高的響應(yīng)速度和靈敏度，但是探測(cè)器結(jié)構(gòu)與電

路更加復(fù)雜，對(duì)混頻的機(jī)制、效率和材料提出了更高的要求。

天線耦合的場(chǎng)效應(yīng)晶體管支持在頻率遠(yuǎn)高于其截止頻率的太赫茲波段進(jìn)行自混頻探測(cè)和外差混頻探

測(cè)。前者是直接探測(cè)的一種有效方法，可形成規(guī)�；年嚵刑綔y(cè)器，也是實(shí)現(xiàn)基于場(chǎng)效應(yīng)晶體管的

外差混頻探測(cè)的基礎(chǔ)。目前，國際上基于CMOS晶體管實(shí)現(xiàn)了本振頻率為213GHz的2次(426GHz)和

3次(639GHz)分諧波混頻探測(cè)，但其高阻特性限制了工作頻率和中頻帶寬的提升。

石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管因其高電子遷移率、高可調(diào)諧的費(fèi)米能、雙極型載流子及其非線性輸運(yùn)等特性

為實(shí)現(xiàn)高靈敏度的太赫茲波自混頻和外差混頻探測(cè)提供了新途徑。前期，雙方重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室秦華團(tuán)隊(duì)

和馮志紅團(tuán)隊(duì)合作成功獲得了室溫工作的低阻抗高靈敏度石墨烯太赫茲探測(cè)器，其工作頻率(340GHz)

和靈敏度(～50pW/Hz1/2)達(dá)到了同類探測(cè)器中的最高水平。此次合作進(jìn)一步使工作頻率提高至650GHz，

并實(shí)現(xiàn)了外差混頻探測(cè)。

此次獲得混頻頻率已遠(yuǎn)高于國際上已報(bào)道的石墨烯外差探測(cè)的最高工作頻率(～200GHz)，但中頻信號(hào)帶

寬小于2GHz，低于國際上報(bào)道最高中頻帶寬(15GHz)�？傮w上，目前G-FET外差混頻探測(cè)器性能尚不及肖

特基二極管混頻器。但是，無論在材料質(zhì)量還是在器件設(shè)計(jì)與工藝技術(shù)上，都有很大的優(yōu)化提升空間。

根據(jù)Andersson等人預(yù)測(cè)，G-FET的混頻轉(zhuǎn)換效率可降低至23.5dB，如何達(dá)到并超越肖特基二極管混頻探

測(cè)器的性能指標(biāo)是未來需要重點(diǎn)攻關(guān)的關(guān)鍵問題。