面向6G技術(shù)的高靈敏度多功能太赫茲傳感器，在超高速低時(shí)延空間通信、人工智能、智慧城市的通感一體化平臺等多個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域，展現出其重要性和日益增長(cháng)的市場(chǎng)需求。開(kāi)展具有可調控增益的高效多頻探測技術(shù)，不僅對提升6G頻譜效率具有重要科學(xué)意義，同時(shí)也為智慧城市的建設提供了強大的技術(shù)支撐，推動(dòng)城市向更智能、更高效、更可持續的方向發(fā)展。在此背景下，如何實(shí)現室溫下對太赫茲的頻率選擇性探測已經(jīng)成為6G傳感的關(guān)鍵技術(shù)和前沿研究熱點(diǎn)之一。然而，受到材料特性和器件加工成本的限制，高精度、低成本、可調控的太赫茲功能器件已然成為目前迫切需要解決的問(wèn)題。

近期，聊城大學(xué)的張丙元教授、宋琦副教授團隊聯(lián)合深圳大學(xué)張敏副教授、彭忠澤設計了一種水滴型微米芯片覆蓋磁性外爾半金屬和磁性拓撲絕緣體復合薄膜的太赫茲波傳感器，并實(shí)現了外加微弱磁場(chǎng)增強其傳感性能，并通過(guò)THz-TDS驗證了其頻率選擇性探測能力。

該團隊利用摩方精密面投影微立體光刻（PμSL）技術(shù)，借助nanoArch® S130（精度：2μm)實(shí)現了微結構陣列的低成本高精度制備，并在器件上制備高質(zhì)量磁性外爾半金屬和磁性拓撲絕緣體復合薄膜，獲得具有高靈敏度、低等效噪聲功率和頻率選擇性探測的太赫茲波傳感器。實(shí)驗結果表明，該探測器的響應度高達2522 MV/W，靈敏度達到2.11 pW/Hz0.5，響應時(shí)間僅為1.8 ns。該器件所展現的功能和性能，為6G探測器的研究提供了新的思路，有望在未來(lái)的通信技術(shù)中取得廣泛發(fā)展。

相關(guān)成果以“Magnet-Enhanced Droplet-Shaped Frequency-Selective Terahertz Detectors for 6G Technologies"為題發(fā)表在《IEEE SENSORS JOURNAL》期刊上,第一作者為深圳大學(xué)研究生彭忠澤。

本文提出一種室溫下面向6G的水滴型分頻率太赫茲探測器，在實(shí)驗中證明了可利用特征頻率相關(guān)的結構化尺寸來(lái)實(shí)現分頻率探測的功能，實(shí)現了多個(gè)特征頻率的探測能力。探測器還結合磁性外爾半金屬Co3Sn2S2、磁性拓撲絕緣體MnBi2Te4和Au納米膜三層納米膜結構，根據仿真得到的最佳局域表面等離激元的局域場(chǎng)增強頻率和THz-TDS實(shí)驗驗證了0.1 THz高貢獻率頻率點(diǎn)，為進(jìn)一步在6G通信中分頻率探測芯片的發(fā)展提供了方向，這種具有高響應、高靈敏度、快速響應的磁增強6G探測器能夠促進(jìn)6G技術(shù)的發(fā)展。

從圖2中可知，特征頻率表現出特殊的響應（0.1 THz，0.14 THz，0.22 THz，0.28 THz）。與非特征頻率相比，選定的特征頻率在整個(gè)峰寬范圍內顯示出更大的貢獻。具體來(lái)說(shuō)，0.1 THz的特征頻率的貢獻遠高于其他頻率。這一結果與團隊對電場(chǎng)強度的模擬結果是一致的，表明器件在0.1 THz時(shí)具有最佳的場(chǎng)局域效應，顯著(zhù)增強太赫茲波與表面活性層之間的光學(xué)響應。每個(gè)特征頻率的貢獻在0.2 THz左右達到峰值，這在一定程度上影響了0.22 THz特征頻率的貢獻，解釋了為什么它的貢獻不如預期那么顯著(zhù)。

器件的表面電場(chǎng)強度模擬結果也從側面反映了其各個(gè)特征頻率下場(chǎng)聚集效果。根據模擬場(chǎng)強圖3 (a,b)可知，含有貴金屬納米薄膜的特征結構在特定的太赫茲頻率下激發(fā)時(shí)，可以誘發(fā)局域表面等離子體(LSP)效應，導致特征結構附近出現明顯的局域場(chǎng)增強。模擬圖像顯示，在0.1 THz處場(chǎng)增強明顯?；诰钟虮砻娴入x子體耦合理論，該結構為增強太赫茲波與探測器中Co3Sn2S2和MnBi2Te4納米薄膜相互作用提供了基礎。模擬還模擬了具有不同程度銳化的單元，如圖3所示，與具有銳化結構的單元相比，邊緣更光滑的單元在局域場(chǎng)增強效應中表現出較低的聚集程度。圖3（b）為具有尖銳結構的單元中出現尖聚集效應，可以實(shí)現更高的表面增強靈敏度，從而改善探測器表面薄膜結構與太赫茲波的相互作用，提高探測效率。

為了驗證探測器在0.1 THz下各項性能參數，研究團隊采用微電流鎢鋼探針平臺測量了探測器的伏安特性，圖4 （a）中亮電流(I-V)曲線(xiàn)顯示了探測器良好的歐姆特性，團隊在0-100 V偏置電壓下測量了探測器在各項外場(chǎng)下的光響應。100 V偏置電壓時(shí)，磁場(chǎng)為0.0725和0.145 mT的Rv分別為2522 MV/W和2209 MV/W,相較于無(wú)外場(chǎng)的Rv提升了521 MV/W (26.04%)和208 MV/W (10.39%)。探測器的靈敏度也受到磁場(chǎng)的影響在100 V時(shí)低至2.11 pW/Hz0.5 (0.145mT)和2.35pW/Hz0.5 (0.0725mT)，探測率分別增長(cháng)了17.2% (0.145mt)和7% (0.0725mt)。器件的各項性能在外加磁場(chǎng)下均展現出了增益效果，與參照數據相比，受到磁場(chǎng)增益的磁性外爾半金屬和磁性拓撲絕緣在具有局域增強的結構上展現了可觀(guān)的進(jìn)步。

本文的創(chuàng )新點(diǎn)主要包括以下幾個(gè)方面：

本文的創(chuàng )新點(diǎn)包括兩個(gè)方面:利用面投影微立體光刻技術(shù)制備的亞波長(cháng)微結構可以有效降低成本，并具有很高的精度。通過(guò)磁控濺射制備的三層薄膜，不僅提高了磁場(chǎng)下太赫茲探測器件的性能，還在實(shí)際應用中具有重要意義。具有特征尺寸的水滴型結構實(shí)現了對特征頻率的高貢獻響應，這為亞波長(cháng)微納結構實(shí)現對太赫茲波頻率選擇性探測提供了可行方案。在磁場(chǎng)作用下，0.1 THz太赫茲傳感器的性能得到顯著(zhù)提高，響應率為2522 MV/W，噪聲等效功率為2.11 pW/Hz0.5，響應時(shí)間低至1.8 ns。本研究不僅為研究場(chǎng)增強型太赫茲傳感器提供了新的思路，而且加速了6G集成傳感與通信技術(shù)的發(fā)展。

總體而言，這項研究為高性能可調控薄膜結合亞波長(cháng)微結構陣列實(shí)現頻率選擇性探測技術(shù)提供了新的思路，特別是在6G通信技術(shù)中提升頻譜效率的潛在應用。最為重要的是，面投影微立體光刻（PμSL）技術(shù)結合磁控濺射是一項具有成本效益的高效率加工方法，對6G功能器件的研究和發(fā)展起到了積極的推動(dòng)作用。