中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所
报告人简介
秦华博士1994年毕业于南京大学物理系，2001年获慕尼黑大学实验物理博士学位，2002-2007年期间在剑桥大学和威斯康辛大学开展博士后研究工作，现为中国科学院苏州纳米所研究员，纳米器件研究部主任，中国科学技术大学博士生导师，上海科技大学校外特聘教授。研究方向为半导体毫米波太赫兹器件与应用，具体面向太赫兹通信、成像和雷达感知等应用对核心器件的需求，聚焦高迁移率二维电子气与太赫兹波的耦合作用、GaN基二维电子气太赫兹器件的难点问题，发展太赫兹波信号源、调制器与探测器及其单片集成技术。研制了太赫兹探测器及成像传感器、无源相控阵和非线性传输线频率梳等核心器件，其中“太赫兹混频探测器”入选中国科学院自主研制科学仪器目录，应用于EAST托卡马克和我国第一台太赫兹自由电子激光等重大科学基础设施，相关成果获2021年度江苏省科学技术二等奖。
报告摘要
利用室温工作的微纳电子器件实现100-1000GHz频段太赫兹波的高效产生、高效调制和高灵敏度探测是发展太赫兹技术的重要研究课题，太赫兹电子器件一直面临“频率-功率-效率”相互制约的瓶颈问题，器件性能与太赫兹雷达、成像和无线通信等应用需求还有数量级的差距。底层问题在于固体中难以避免的电子非弹性散射。因此，为了实现高效的太赫兹电子器件，研究人员通常需采用具有高电子迁移率或低载流子寿命的电子材料、纳米尺度的器件结构获得（亚）皮秒量级的电子渡越或光电响应时间，需采用亚波长的天线或谐振器获得局域增强的太赫兹波与电子相互作用，需利用高浓度电子气的集体激发模式（例如等离子体波）获得电子器件与太赫兹波的共振耦合。兼具高电子气浓度和高电子迁移率的氮化镓异质结材料和石墨烯等新型二维材料、具有亚波长特征尺寸和局域场增强特性的太赫兹电磁超表面、先进微纳电子器件加工手段的发展为解决上述瓶颈问题提供了新的可能。
报告将介绍基于AlGaN/GaN异质结的高浓度、高电子迁移率二维电子气实现太赫兹波的产生、调制和探测的研究思路和近期进展。研究思路的核心是在二维电子气的场效应器件结构（包括两端型的肖特基势垒二极管和三端型的高电子迁移率晶体管）中实现太赫兹波与二维电子气高效耦合，利用耦合作用的非线性效应实现太赫兹波的产生、幅度-相位调制和混频探测。具体介绍三种核心器件及其应用，包括：（1）利用电压调控的二维电子气肖特基势垒电容特性，构造太赫兹非线性传输线，将输入的单一频率微波信号转换成频率梳信号，形成结构简单的太赫兹频谱分析和矢量网络测试系统；（2）同样，利用二维电子气的肖特基势垒电容特性，将肖特基势垒二极管与亚波长超表面谐振单元融合，实现精确的相位调制、高速响应、大角度扫描、并且损耗较低，构造可用于太赫兹波束扫描的无源相控阵芯片；（3）利用天线耦合的二维电子气场效应晶体管实现太赫兹波对电子漂移速度和浓度的联合调制，对太赫兹波进行高灵敏度的自混频探测或外差探测，并实现阵列化的成像传感器和相控阵探测芯片。
相关论文：
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报告地点：中国科学院物理研究所中关村M楼255会议室
邀请人：李永庆 研究员
联系人：孙丽（18601300418）
主办单位：中国科学院物理研究所应用物理中心