[THz领域的发展]太赫兹进军纳米

一篇在纳米快报上发表的研究报告描述了在现代显微镜方法中的一个突破：使用太赫兹波的高分辨率成像（波长在30－1000微米）。 c/bIt  
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一个65纳米技术(Infineon AG)工业晶体管结构的太赫兹近场图像（右）揭示了主要部分源、漏、栅极，并且使金属NiSi接触下的移动载流子分布可视；作为对比，一个晶体管的透射电子显微镜(TEM)图像（左）和一幅红外近场图像（中间）显示出金属NiSi接触，但不是移动载流子。 UCv9G/$  
与教科书传授的常识相反，不同寻常的118微米光波一点也没有妨碍马克思-普朗克生物化学研究所(MPIB)的研究员们解决小到40纳米的细节问题。这通过将太赫兹场集中到扫描原子力显微镜(AFM)的尖端得以实现，由此，纳秒示波器以1500因数突破衍射屏障，并且以其40纳米分辨力满足了现代纳米科技的需要。作为第一个应用，研究人员证实了在最先进的65纳米技术工业三极管中自由载流子的变换。 ag~4m5n*~  
在过去的十年中，马克思-普朗克生物化学研究所(MPIB)小组在可见光及红外波段开创了近场显微方法，这使得具有纳米结构物质的纳米化学识别成为可能。直到最近，当对最先进处理器芯片的半导体纳米结构进行成像时，他们认识到使用远红外或太赫兹辐射（118微米波长对应2.5 THz）的重要性。与红外线相比，太赫兹波对半导体材料电导率的灵敏度要高一百倍，这样高的灵敏度是其它光学显微技术难以达到的，使其在质量保证与工业化生产半导体纳米器件缺陷分析中极为可取。 bF#1'W&  
一个国外理论合作者（Javier Aizpurua，Donostia国际物理学中心，西班牙）加入到了MPIB小组，预测长波太赫兹辐射在扫描尖端领域确实会发展为一个高度集中的领域。有了这个保证，MPIB小组着手用一个2.5 THz气体激光器驱动他们自制的近场显微镜；博士生Andreas Huber以40纳米的分辨率成功的记录了第一个THz图像，在与Infineon Technologies AG(Jesper Wittborn, München)的合作中，他应用该新显微技术分析之前由透射电子显微镜(TEM)检测的最新的65纳米技术晶体管。通过比较晶体管的太赫兹和透射电子显微镜(TEM)图像，研究人员证实，晶体管的主要部分（源、漏、栅极）能从太赫兹图像中看到。令人惊讶的是，太赫兹图像揭示出：移动载流子集中1018cm-3（即每个移动载流子对应100,000个硅原子），这对功能晶体管器件是重要的。对于实际晶体管功能性，移动载流子是关键，但在TEM中却不直接可见。 `fA|])3T  
迄今为止，还没有强有力的度量工具可以对材料以及载流子进行纳米分辨率级别的实时定量绘制，因此，可视并且量化导电载流子展现了太赫兹近场显微镜巨大的应用潜力。在对导电物质的基础物理研究中，非接触、非侵入且定量的以纳米分辨率绘制移动载流子的图像，会引发对许多科学问题的重要认识，这包括超导体、低维导体以及有相互关系的导体。“在马克思-普朗克三个研究所对太赫兹研究40年后，我期待着太赫兹显微术解决像超导这样的基本传导问题。” Fritz Keilmann说。此外，由于太赫兹辐射对晶格及分子振动也很敏感，在化合物与生物系统的化学及结构分析中，太赫兹显微技术将会是一种令人感兴趣的工具。“将来我们的技术的改进可用于纳米晶体、生物分子或电子的太赫兹描述。” Rainer Hillenbrand说（他是MPIB纳米光子学小组及新建立的nanoGUNE研究中心纳米光子实验室（San Sebastian,西班牙）的领导者）。 .. D. _*
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