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室温動作する高感度・高速のテラヘルツ検出技術

従来の室温動作テラヘルツ・赤外検出器を置き換えるMEMSボロメータ
従来の室温動作テラヘルツ・赤外検出器を置き換えるMEMSボロメータ

メンバー： 張　亜

分野： 電気電子工学

所属： 工学研究院電気電子部門

キーワード： テラヘルツ検出器、赤外検出器、ボロメータ、微小電気機械システム共振器

研究概要

テラヘルツ技術を広く応用するために、室温動作する高感度・高速のテラヘルツ検出技術を開発することが非常に期待されています。私たちは、MEMSと呼ばれる半導体で作製された微小な機械的共振器構造を用いるという独創的なアイデアで、非常に高性能なテラヘルツ検出器を実現しています。GaAsメンブレンを中空に浮かせた両持ち梁共振器構造は、室温でも非常に高いQ値を有しており、光吸収によるごくわずかな温度上昇を利用して共振周波数のシフトを検出できます（室温においても1 μKの温度変化が検出可能）。この特徴を活かし、テラヘルツ電磁波の入射による両持ち梁の温度上昇を、その共振周波数の変化で読み取るという検出原理を用いて、従来の室温動作熱型検出器の100-1000倍も高速なテラヘルツボロメータを実現しました。

主要論文・参考事項

  1. Y. Zhang et al., APL 108, 163503(2016). DOI: 10.1063/1.4947444

  2. Y. Zhang et al., APL 111, 023504(2017). DOI: 10.1063/1.4993740

  3. Y. Zhang et al., JAP 125, 151602 (2019). DOI: 10.1063/1.5045256

プレスリリース

2021年10月29日プレスリリース｜MEMS素子の機械的非線形性を熱効果により低減 素子の信号対雑音比が10倍以上増大

お問い合わせ先

東京農工大学・先端産学連携研究推進センター
urac[at]ml.tuat.ac.jp（[at]を@に変換してください）

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Sensitive and fast terahertz detector using a MEMS resonator

従来の室温動作テラヘルツ・赤外検出器を置き換えるMEMSボロメータ
MEMS bolometer for replacing conventional room temperature operated terahertz and infrared sensor

Research members： Dr. Ya Zhang

Research fields： Electrical and electronic engineering

Departments： Institute of Engineering, Department of Electrical Engineering and Electronics

Keywords： terahertz sensor, infrared sensor, bolometer, MEMS

Summary

We have developed an uncooled THz bolometer by using GaAs doubly clamped Microelectromechanical (MEMS) beam resonators. The MEMS bolometer detects the change in the resonance frequency caused by THz heating. Owing to its high quality(Q)-factor, the MEMS resonator can detect an ultra-small temperature rise (1 μK) on the beam, which is at least 1000 times more sensitive than the present best uncooled temperature sensors such as vanadium oxide(VOx). By using MEMS resonator, we have developed an THz bolometer with a noise equivalent power (NEP) about 20-100 pw/Hz0.5, and an operation bandwidth of ~5 kHz, which is ~100 times faster than other uncooled THz thermal detectors.

Reference articles and patents

  1. Y. Zhang et al., APL 108, 163503(2016). DOI: 10.1063/1.4947444

  2. Y. Zhang et al., APL 111, 023504(2017). DOI: 10.1063/1.4993740

  3. Y. Zhang et al., JAP 125, 151602 (2019). DOI: 10.1063/1.5045256

Contact

University Research Administration Center (URAC),
Tokyo University of Agriculture and Technology
urac[at]ml.tuat.ac.jp
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