CN103399349A - 一种基于“碳纳米管-镍”异质结的太赫兹电磁波探测器 - Google Patents

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王迎新
张国伟
赵自然
韦进全
朱嘉麟
段素青
楚卫东
杨宁
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一种基于“碳纳米管-镍”异质结的太赫兹电磁波探测器，涉及一种太赫兹波段的电子学器件。本发明包括一段宏观长的碳纳米管束丝、两根镍电极，聚焦透镜、密封罩以及精度为纳安级电流表，其中碳纳米管束丝也可采用碳纳米管；碳纳米管束丝的两端分别与两根镍电极相连接，并真空封装在密封罩内。聚焦透镜安装在密封罩的侧面；所述的纳安级电流表与镍电极露出密封罩外部的接线端连接；太赫兹电磁波穿过密封罩上的聚焦透镜后直接照射在“碳纳米管-镍”异质结上。实验表明，当太赫兹波照射在该异质结上时，回路中即可产生显著的电流。本发明器件结构简单，制作方便，其响应时间为毫秒量级。

Description

一种基于“碳纳米管-镍”异质结的太赫兹电磁波探测器
技术领域
本发明涉及一种太赫兹波段的电子学器件，特别涉及一种基于“碳纳米管-镍”异质结的太赫兹电磁波探测器件的设计及其制作。
背景技术
太赫兹波一般指频率在0.1THz到10THz范围的电磁波，波长在0.03mm到3mm之间，介于微波与红外光波之间。它在长波端与毫米波重合，而在短波端与红外光波重合，属于宏观电子学与微观光子学相互连接的桥梁与纽带。而这一“桥梁”在过去的较长时间里恰恰是人们很少触及的电磁波波段。其主要原因在于没有很好的途径获得这一波段的电磁波输出，既缺少适合该波段的辐射源，也没有相应的灵敏探测器和有效的传播技术等等。上世纪80至90年代之后，随着低维纳米技术以及新材料的快速发展，基于各种原理而设计的太赫兹源不断问世，使得人们对太赫兹电磁波的研究兴趣和应用需求日益高涨。
太赫兹波具有较宽的频率范围、较小的光子能量与独特的传播特性。它的光子能量只有几毫电子伏特，因此不容易破坏被检测物质，对所探测的材料和样品的损伤较小，尤其适合对生物样品的探测。另一方面，太赫兹光子能量与许多分子的振动和转动能级间隔相当，又与半导体材料中的子带能量跃迁匹配，因此太赫兹波可以与之产生作用的物质种类十分丰富，也就是说利用太赫兹光谱可以探测到大多数物质的结构和成分等信息。对太赫兹波段电磁波的开发和利用，将进一步推动电子通讯、信息技术、环境科学、生物医学、国防安全、航空航天等诸多领域的飞速发展。
目前太赫兹源的开发已经取得较大进展。关于太赫兹电磁波的应用主要包括光谱探测和成像两大方面。类似于可见光波段光谱探测及成像技术中需要高性能的光电转换器件以提高光谱和图像的探测灵敏度和分辨率一样，对于太赫兹波段的光谱探测和成像技术也亟需开发出高灵敏、快响应的适合太赫兹波段使用的电磁波探测器。为了解决这一难题，人们开始关注纳米结构作为太赫兹电磁波探测元件的可行性，但相关的技术还处在实验室探索和开发阶段。
文献资料表明，纳米材料具有不同于体材料的特殊能级结构和优异的光电子学性能。特别是近年来，碳纳米管、石墨烯等新型碳材料以其具有卓越的电学、热学、力学、光学等性能而被广泛关注。目前合成制备宏观长碳纳米管的成熟技术多种多样,例如本发明人已在文献【Ci LJ,Wei JQ,Wei BQ,Liang J,Xu CL,and Wu DH,CARBON(碳)2001,39(3):329-335】中报道过关于制备宏观长单壁碳纳米管的方法，而在文献【Wei JQ,Ci LJ,Jiang B,Li YH,Zhang XF,Zhu HW,Xu CL,and Wu DH,JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY(材料化学杂志)2003,13(6):1340-1344】中报道过关于宏观长双壁碳纳米管的制备技术。但利用宏观长单壁或双壁碳纳米管材料和镍金属材料设计和制造太赫兹波段的电磁波探测器件目前尚未见报道。如何利用新型纳米材料的电子学特性研制并开发出性能优异的太赫兹电磁波探测器件，是目前急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于利用碳纳米管材料所具有的特殊能级结构和优异的电子学性能,研制开发出一种结构简单，制作方便，且响应速度为毫秒量级的太赫兹波段电磁波探测器。
本发明的技术方案如下：
一种基于“碳纳米管-镍”异质结的太赫兹电磁波探测器，其特征在于：该探测器包括一段碳纳米管束丝、两根镍电极、聚焦透镜、密封罩以及纳安级电流表；所述的碳纳米管束丝是由宏观长的碳纳米管束构成，碳纳米管束丝的两端分别与两根镍电极连接，形成“碳纳米管-镍”异质结，碳纳米管束丝与两根镍电极连接后被真空封装在密封罩内，且两根镍电极分别被引出到密封罩外部；所述的纳安级电流表与镍电极露出密封罩外部的接线端连接；所述的聚焦透镜采用能透过太赫兹电磁波的聚焦透镜，该聚焦透镜设置在密封罩的侧面，太赫兹电磁波束穿过密封罩上的聚焦透镜后直接照射在“碳纳米管-镍”异质结上。
一种基于“碳纳米管-镍”异质结的太赫兹电磁波探测器，其特征在于：该探测器包括一段碳纳米管薄膜、两根镍电极、聚焦透镜、密封罩以及纳安级电流表；所述的碳纳米管薄膜是由宏观长的碳纳米管构成，碳纳米管薄膜的两端分别与两根镍电极连接，形成“碳纳米管-镍”异质结，碳纳米管薄膜与两根镍电极连接后被真空封装在密封罩内，且两根镍电极分别被引出到密封罩外部；所述的纳安级电流表与镍电极露出密封罩外部的接线端连接；所述的聚焦透镜采用能透过太赫兹电磁波的聚焦透镜，该聚焦透镜设置在密封罩的侧面，太赫兹电磁波束穿过密封罩上的聚焦透镜后直接照射在“碳纳米管-镍”异质结上。
上述技术方案中，所述的聚焦透镜采用石英玻璃或高密度聚乙烯材料制成。
本发明所提供的基于“碳纳米管-镍”异质结的太赫兹电磁波探测器件，具有结构简单，制作方便的特点。实验表明，当太赫兹波照射在该异质结上时，回路中即可产生显著的电流，其响应时间为毫秒量级。
附图说明
图1是本发明提供的太赫兹电磁波探测器采用碳纳米管束丝实施例的结构原理示意图。
图中：1—密封罩；2—碳纳米管束丝；3—镍电极；4—纳安级电流表；5—聚焦透镜；6—太赫兹电磁波束；7—太赫兹电磁波发射源。
图2为本发明提供的“碳纳米管束—镍”异质结太赫兹电磁波探测器实施例中的电流变化对时间的响应曲线。
图3为本发明提供的“碳纳米管束—镍”异质结太赫兹电磁波探测器实施例中的电流变化量与电磁波功率的关系曲线。
具体实施方式
图1为本发明提供的基于“碳纳米管束—镍”异质结的太赫兹电磁波探测器结构示意图。该太赫兹电磁波探测器件包含一段碳纳米管束丝2、两根镍电极3、聚焦透镜5、密封罩1以及纳安级电流表4；所述的碳纳米管束丝是由宏观长的碳纳米管束构成，（所述的碳纳米管束丝也可以采用一段碳纳米管薄膜，该碳纳米管薄膜是由宏观长的碳纳米管构成）；碳纳米管束丝的两端分别与两根镍电极连接，形成“碳纳米管-镍”异质结，碳纳米管束丝与两根镍电极连接后被真空封装在密封罩1内，且两根镍电极分别被引出到密封罩外部；所述的纳安级电流表4与镍电极露出密封罩外部的接线端连接；所述的聚焦透镜5设置在密封罩的侧面，太赫兹电磁波束穿过密封罩上的聚焦透镜后直接照射在“碳纳米管-镍”异质结上。所述的聚焦透镜最好采用石英玻璃或高密度聚乙烯材料制成。
工作时，先把镍电极露出密封罩外部的接线端与纳安级电流表相连接，然后使待测的太赫兹电磁波穿过密封罩上的透镜聚焦后直接照射在碳纳米管与镍电极的结合部，即“碳纳米管-镍”异质结上。当太赫兹电磁波发射源7发出太赫兹电磁波照射在“碳纳米管—镍”异质结上时，回路中即可产生显著的电流，该电流的强度依赖于入射电磁波的强度，即当电磁波强度增加时，该电流也会增加；反之，电磁波强度减小时，该电流也会减小，且其响应速度较快，可以达到毫秒量级。
下面举出一个具体的实施例可进一步说明本发明。
实施例：本发明的太赫兹电磁波探测器工作时，首先在外电路连接精度为纳安级的电流表构成回路（如图1所示）。利用频率为2.52THz的电磁波透过密封罩上的透镜聚焦后照射在异质结上，回路中可产生百纳安量级的电流（如图2所示），且其响应时间为毫秒量级。该电流的强度依赖于入射太赫兹电磁波的强度，即当电磁波功率增加时，该电流也会增加；反之，电磁波功率减小时，该电流也会减小（如图3所示），二者之间呈线性关系。

Claims (3)

1.一种基于“碳纳米管-镍”异质结的太赫兹电磁波探测器，其特征在于：该探测器包括一段碳纳米管束丝(2)、两根镍电极(3)、聚焦透镜（5）、密封罩(1)以及精度为纳安级的电流表（4）；所述的碳纳米管束丝是由宏观长的碳纳米管束构成，碳纳米管束丝的两端分别与两根镍电极连接，形成“碳纳米管-镍”异质结，碳纳米管束丝与两根镍电极连接后被真空封装在密封罩（1）内，且两根镍电极分别被引出到密封罩外部；所述的纳安级电流表与镍电极露出密封罩外部的接线端连接；所述的聚焦透镜采用可透过太赫兹电磁波的聚焦透镜，聚焦透镜设置在密封罩的侧面，太赫兹电磁波束（6）穿过密封罩上的聚焦透镜后直接照射在“碳纳米管-镍”异质结上。
2.一种基于“碳纳米管-镍”异质结的太赫兹电磁波探测器，其特征在于：该探测器包括一段碳纳米管薄膜、两根镍电极(3)、聚焦透镜（5）、密封罩(1)以及纳安级电流表（4）；所述的碳纳米管薄膜是由宏观长的碳纳米管构成，碳纳米管薄膜的两端分别与两根镍电极连接，形成“碳纳米管-镍”异质结，碳纳米管薄膜与两根镍电极连接后被真空封装在密封罩（1）内，且两根镍电极分别被引出到密封罩外部；所述的纳安级电流表与镍电极露出密封罩外部的接线端连接；所述的聚焦透镜采用能透过太赫兹电磁波的聚焦透镜，聚焦透镜设置在密封罩的侧面，太赫兹电磁波束（6）穿过密封罩上的聚焦透镜后直接照射在“碳纳米管-镍”异质结上。
3.按照权利要求1或2所述的一种基于“碳纳米管-镍”异质结的太赫兹电磁波探测器，其特征在于：所述的聚焦透镜采用石英玻璃或高密度聚乙烯材料制成。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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