Technologia TeraSense

Terahertz camera

TeraSense opracowała oryginalną, chronioną patentem technologię tworzenia nowej generacji półprzewodnikowych matryc detektorów do obrazowania terahercowego. Detektory opracowane przez TeraSense mają wysoką czułość w porównaniu z innymi dostępnymi detektorami pracującymi w zakresie THz (0,1 – 0,7) THz. Detektory TeraSense mają tę zaletę, że są tanie i łatwe w produkcji w dużych ilościach w postaci zestawów 2D, dzięki kompatybilności technologii TeraSense z liniami masowej produkcji przemysłu półprzewodników. Zestawy detektorów są skalowalne pod względem liczby pikseli.

Układy scalone do przetwarzania obrazu TeraSense umożliwiają produkcję niezwykle kompaktowej i czułej kamery terahercowej. Istotne jest, aby rozdzielczość przestrzenna takiej kamery wynosiła około 1 mm, a jej czas rejestracji był krótszy niż 1 sekunda. Umożliwia to efektywne wykorzystanie układów obrazowania TeraSense do diagnostyki medycznej, badań nieniszczących i wielu innych zastosowań terahercowych.

Terahertz source
Backward-wave oscillator (BWO)

Do celów generacji terahercowych TeraSense wykorzystuje autorskie technologie IMPATT i oscylatora fal wstecznych (BWO). Źródła THz umożliwiają dostarczanie do 1 W mocy przy częstotliwościach poniżej THz (0,1 – 0,3) THz.

Patenty TeraSense

Aparatura i metoda wykrywania promieniowania elektromagnetycznego (US 8772890 B2)

Wysokoobrotowy i miniaturowy system detekcji, szczególnie w przypadku promieniowania elektromagnetycznego w zakresie GHz i THz, składa się z konstrukcji półprzewodnikowej mającej dwuwymiarową warstwę nośnika ładunku lub quasi dwuwymiarową warstwę nośnika ładunku z wbudowanymi pojedynczymi lub wieloma wadami, co najmniej pierwszy i drugi styk z warstwą nośnika ładunku oraz urządzenie do pomiaru napięcia fotowoltaicznego pomiędzy pierwszym i drugim stykiem. Działanie systemu w różnych przykładach wykonania polega na wzbudzaniu rezonansowym fal plazmowych w strukturze półprzewodnikowej.

Miniaturowy spektrometr półprzewodnikowy Tera– i Gigahertz (US 8159667 B2)

Wysokoobrotowy miniaturowy spektrometr promieniowania elektromagnetycznego tera– i gigahercowego na układzie scalonym, składający się z przestrajalnej półprzewodnikowej dwuwymiarowej warstwy nośnej ładunku lub quasi dwuwymiarowej warstwy nośnej ładunku z wbudowanymi pojedynczymi lub wieloma wadami, co najmniej pierwszy i drugi styk z warstwą nośną ładunku. Urządzenie zawiera również aparaturę do pomiaru reakcji urządzenia między pierwszym i drugim stykiem oraz aparaturę do kontrolowanego dostrajania co najmniej jednego z parametrów warstwy nośnej ładunku. Zasada działania opiera się na fakcie, że promieniowanie o różnych długościach fal wzbudza różne zestawy trybów plazmowych w warstwie nośnej ładunku.

Szybkie urządzenie i metoda obrazowania metodą giga-terahercową (US 20130161514 A1)

Szybki system obrazowania temperatury pokojowej, szczególnie dla promieniowania elektromagnetycznego w zakresie częstotliwości GHz i THz, oparty jest na czujniku składającym się z zestawu plazmonowych detektorów półprzewodnikowych. System obrazowania składa się z modułu źródła promieniowania, modułu kierującego wiązki terahercowej, modułu czujnika obrazowania plazmonicznego oraz modułu przetwarzania sygnału. Cały obraz jest formowany natychmiastowo, co zapewnia szybką akwizycję obrazu. Obrazy mogą być pozyskiwane zarówno w jednej częstotliwości (widmo dyskretne), jak i w szerokich pasmach częstotliwości (widmo ciągłe). System obrazowania może być wykorzystywany w defektoskopii, inspekcji, medycynie i innych zastosowaniach.

Koncepcje naukowe

Technologia TeraSense to efekt uboczny długoterminowych badań podstawowych prowadzonych w dziedzinie plazmoniki, charakteryzującej się gwałtownym wzrostem badań w ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat. Ważnym impulsem jest fizyczna właściwość fal plazmowych, która ogranicza promieniowanie elektromagnetyczne w skalach o niższej długości fali. Ponadto, falami plazmowymi można skutecznie manipulować na chipie. Koncepcja plazmoniki znalazła już wiele zastosowań dla urządzeń pracujących w części optycznej spektrum. Jednak niedawny postęp w zakresie czystości nanostruktur półprzewodnikowych AlGaAs/GaAs umożliwił dostosowanie koncepcji plazmonicznych z obszaru optycznego widma do pasm mikrofalowych i terahercowych

img

Publikacje związane

Surface plasmon subwavelength optics

W.L. Barnes, A. Dereux, T.W. Ebbesen
Nature 424, 824 (2003).

Niestety, standardowe plazmony dwuwymiarowe (2D) są obserwowalne tylko wtedy, gdy ich częstotliwość ω >1/τ, gdzie czas relaksacji momentu obrotowego τ zasadniczo spada wraz ze wzrostem temperatury. W związku z tym efekty plazmowe są widoczne tylko przy wystarczająco dużych częstotliwościach i wystarczająco niskich temperaturach. Rzeczywiście, dwuwymiarowe fale plazmowe o częstotliwościach atrakcyjnych dla aplikacji o częstotliwości f < 500 GHz obserwowano tylko w temperaturach kriogenicznych T< 80 K. Fakt ten poważnie utrudnia rozwój terahercowych aplikacji dla elektroniki plazmowej.

Publikacje związane

Measurement of Magneto-Plasma Excitation Relaxation Time in the Two-Dimensional Electron System

I.V. Andreev, V.M. Muravev, V.N. Belyanin, and I. V. Kukushkin
Appl. Phys. Lett. 105, 202106 (2014).

Plasmonic detector/spectrometer of subterahertz radiation based on two-dimensional electron system with embedded defect

V.M. Muravev, I.V. Kukushkin
Appl. Phys. Lett. 100, 082102 (2012).

Jednym ze sposobów obejścia tego narzuconego ograniczenia jest radzenie sobie z relatywistycznymi wzbudzeniami plazmowymi – nowatorskim rodzajem plazmowych fal odkrytych ostatnio w dwuwymiarowym układzie elektronów. Te słabo zwilżone fale plazmowe są wzbudzane w układzie elektronowym o wysokiej przewodności 2 πσ > c i wykazują silny charakter polarytoniczny. Udowodniono, że takie relatywistyczne plazmony przetrwają do temperatury pokojowej w zakresie częstotliwości mikrofalowych i sub-THz.

Publikacje związane

Novel Relativistic Plasma Excitations in a Gated Two-Dimensional Electron System

V.M. Muravev, P A. Gusikhin, I.V. Andreev, and I.V. Kukushkin
Phys. Rev. Lett. 114, 106805 (2015).

Observation of Plasma Waves with Anomalously Weak Damping in a Two-Dimensional Electron System

P.A. Gusikhin, V.M. Muravev, and I.V. Kukushkin
JETP LETTERS 100, 648-651 (2015).

W detektorze TeraSense, promieniowanie terahercowe przekształcane jest w potencjał zmienny relatywistycznej fali plazmowej poprzez szerokopasmową strukturę anteny, osadzoną na powierzchni kryształu. Ponadto, zmienny potencjał fali plazmowej jest prostowany w celu uzyskania mierzonego sygnału fotoreakcji dzięki asymetrii falowodu plazmowego. Geometria detektora może być dobrana tak, aby pasmo częstotliwości THz odpowiadało konkretnemu zakresowi częstotliwości.

Półprzewodnik TeraSense

Produkcja chipów Terasense do obrazowania składa się z kilku etapów litograficznych prowadzonych w specjalnych, czystych warunkach pokojowych w fabryce półprzewodników TeraSense. Pomieszczenie czyste to środowisko o niskim poziomie zanieczyszczeń środowiskowych, takich jak pył, mikroorganizmy unoszące się w powietrzu i opary chemiczne. Ma ono również kontrolowany poziom zanieczyszczeń, który jest określony przez liczbę zdefiniowanych wielkości cząstek na metr sześcienny. Obiekty TeraSense mają warunki pomieszczeń czystych klasy 1000 (ISO 6) w strefie spacerowej oraz 100 (ISO 5) w warunkach wyposażenia.

Do nanoszenia wzoru płytek GaAs TeraSense posiada specjalną linię produkcyjną. Infrastruktura pomocnicza składa się z systemu oczyszczania wody, instalacji gazu oczyszczonego, błystki fotorezystywnej, stanowiska mokrego, systemu naświetlania promieniami UV, systemu osadzania metalu, mikroskopu kontrolnego, systemu fotorezystywnego spopielania oraz systemu wytrawiania jonów. Litografia wiązką elektronów jest używana do uzyskania i kontroli struktur o rozmiarach poniżej 1 mikrometra. Litografia wykorzystująca wiązkę elektronów wykorzystuje dokładnie skupioną wiązkę elektronów do naświetlania materiału oporowego.

TeraSense perspectives

  • TeraSense dysponuje silnym zespołem 40 wykwalifikowanych naukowców i inżynierów, z których wszyscy posiadają tytuł doktora w dziedzinie technologii mikrofalowej i terahercowej. Zespół stale pracuje nad poprawą czułości detektorów terahercowych TeraSense. Nasze unikalne możliwości badawczo-rozwojowe pozwalają prognozować znaczny wzrost czułości w ciągu najbliższych kilku lat.

  • Planujemy przejście od drogiej technologii GaAs do powszechnej i taniej technologii Si. Ten krok pozwoli nam zintegrować układy detekcji i wzmacniania THz na tym samym układzie scalonym. To ostatnie zwiększy liczbę pikseli i uprości produkcję układów i urządzeń TeraSense.

  • Komercjalizacja technologii Terasense może doprowadzić do powstania nowego rynku masowego urządzeń terahercowych. Aktywnie pracujemy nad pierwszymi zastosowaniami przemysłowymi fal THz w różnych dziedzinach: medycynie, kontroli jakości i bezpieczeństwie.

  • Obecne tempo rozwoju terahercowych systemów obrazowania i wykrywania sugeruje, że w perspektywie średniookresowej (2020 – 2025) systemy THz będą z powodzeniem integrowane z większością linii produkcyjnych i cykli technologicznych. Według różnych szacunków na tym etapie oczekuje się, że wielkość rynku urządzeń terahercowych osiągnie (7-9) mld USD rocznie.

Powiązane informacje

Terahertz Components & Systems: Technology and Market trends UPDATE 2016

Raport Tematysa w 2013 roku,
Tematys opublikował raport z badań Thz na temat trendów rynkowych i technologicznych, obejmujących spektrum elektromagnetyczne od 200 GHz do 10 THz.

Jakieś pytania?
Proszę skontaktuj się z nami.