太赫茲波在電磁頻譜中介于毫米波和紅外之間，在材料科學(xué)、信息傳輸、環(huán)境監(jiān)測(cè)、生命健康等諸多領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。例如，利用太赫茲波可穿透非金屬和非極性材料（如紡織品、紙板、塑料和木料等）而不產(chǎn)生電離損傷的特點(diǎn)，太赫茲成像技術(shù)在無(wú)損檢測(cè)、人體安檢和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。由于處在基于宏觀經(jīng)典理論電子學(xué)與基于微觀量子理論的光子學(xué)之間的過(guò)渡區(qū)，太赫茲光源和探測(cè)器等核心關(guān)鍵器件的效率低下或需在低溫下工作，太赫茲科學(xué)技術(shù)的發(fā)展受到了核心器件缺乏的嚴(yán)重制約。

中科院蘇州納米所、中科院納米器件與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室秦華課題組在“十一五”末成功開(kāi)發(fā)了基于氮化鎵高濃度二維電子氣的室溫、高速、高靈敏度太赫茲探測(cè)器。“十二五”期間，課題組圍繞探測(cè)器的優(yōu)化、可制造工藝和模塊化集成等關(guān)鍵技術(shù)，初步形成了材料－器件－工藝－電路－集成的技術(shù)能力，成功開(kāi)發(fā)了室溫工作的高靈敏度單像元探測(cè)器模塊和太赫茲焦平面成像器件，為在進(jìn)一步發(fā)展面向太赫茲成像和通信等應(yīng)用的核心器件研制提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。目前課題組已經(jīng)成功研制出單像元、線陣列和焦平面太赫茲成像模組。

圖1所示的是針對(duì)220 GHz、340 GHz、650 GHz和850 GHz等大氣吸收窗口研制的單像元太赫茲探測(cè)器模塊。模塊的電壓響應(yīng)度大于1 MV/W，等效噪聲功率小于50 pW/Hz1/2，響應(yīng)時(shí)間小于1μs，其綜合指標(biāo)優(yōu)于熱釋電和高萊等商業(yè)化太赫茲探測(cè)器。單像元模塊的高速和高靈敏度性能已在中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十研究所的快速太赫茲成像儀和成都電子科技大學(xué)的太赫茲通信演示系統(tǒng)中得到試驗(yàn)驗(yàn)證。

圖1、單像元太赫茲探測(cè)器模組及其掃描成像。

圖2所示的是規(guī)模為32×32的焦平面和1×64的線陣列太赫茲成像芯片，屬于我國(guó)首次實(shí)現(xiàn)的基于場(chǎng)效應(yīng)混頻探測(cè)技術(shù)的太赫茲成像器件。其中，面陣列成像芯片由基于氮化鎵的陣列探測(cè)器和基于CMOS的陣列讀出電路通過(guò)倒裝焊技術(shù)互連而成，線陣列成像芯片可由基于氮化鎵的線陣列探測(cè)器和CMOS線陣列讀出電路直接互連而成。

圖2、32×32焦平面和1×64線陣列太赫茲成像芯片。

圖3（a）為所示為0.9 THz太赫茲光斑和0.34 THz牛頓干涉環(huán)的視頻成像截圖。圖3（b）所示為1×64線陣列成像器件探測(cè)得到340 GHz的一維太赫茲光斑圖像。圖5為對(duì)旋轉(zhuǎn)塑料葉片進(jìn)行實(shí)時(shí)成像的視頻，幀頻達(dá)到29Hz。基于目前已掌握的核心器件設(shè)計(jì)與工藝技術(shù)，可進(jìn)一步擴(kuò)大像素規(guī)模，近日已試制成功規(guī)模為128×128的探測(cè)器陣列。

圖3、焦平面和線陣列太赫茲成像。

圖4、左圖為被成像旋轉(zhuǎn)塑料葉片，右圖為太赫茲實(shí)時(shí)成像視頻。

研制工作得到了中科院蘇州納米所納米加工平臺(tái)、測(cè)試分析平臺(tái)和相關(guān)合作團(tuán)隊(duì)的大力支持。在太赫茲焦平面成像芯片的研制中，中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十四所羅木昌博士領(lǐng)銜的合作團(tuán)隊(duì)研制開(kāi)發(fā)了基于CMOS的陣列讀出電路和成像信號(hào)處理系統(tǒng)，并承擔(dān)了芯片互連和封裝工藝的技術(shù)開(kāi)發(fā)工作。

場(chǎng)效應(yīng)混頻探測(cè)器的研究工作得到了國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展“973”計(jì)劃、中科院“百人計(jì)劃”、中科院重要方向性項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。