РАЗРАБОТКА ШИРОКОПОЛОСНОГО ПОГЛОТИТЕЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ МНОГОСТЕННЫХ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ В БОЛОМЕТРИЧЕСКИХ ПРИЕМНИКАХ
РАЗРАБОТКА ШИРОКОПОЛОСНОГО ПОГЛОТИТЕЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ МНОГОСТЕННЫХ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ В БОЛОМЕТРИЧЕСКИХ ПРИЕМНИКАХ
DOI
10.33286/2075-8693-2021-51-75-88
Авторы
Щеглов Дмитрий Владимирович, канд. физ.-мат. наук, старший научный сотрудник ИФП СО РАН, e-mail: sheglov@isp.nsc.ru. Демьяненко Михаил Алексеевич, канд. физ.-мат. наук, старший научный сотрудник ИФП СО РАН, e-mail: demyanenko@isp.nsc.ru. Семенова Ольга Ивановна, канд. хим. наук, заведующий лабораторией ИФП СО РАН, e-mail: oisem@isp.nsc.ru.
Родякин Сергей Владимирович, инженер ИФП СО РАН, e-mail: rodyakinsv@mail.ru.
Насимов Дмитрий Александрович, научный сотрудник ИФП СО РАН, e-mail: nasimov@isp.nsc.ru.
Ситников Сергей Васильевич, канд. физ.-мат. наук, научный сотрудник ИФП СО РАН, e-mail: sitinkov@isp.nsc.ru.
Рогило Дмитрий Игоревич, канд. физ.-мат. наук, научный сотрудник ИФП СО РАН, e-mail: rogilo@isp.nsc.ru.
Федина Людмила Ивановна, канд. физ.-мат. наук, ведущий научный сотрудник ИФП СО РАН, e-mail: fedina@isp.nsc.ru.
Асеев Александр Леонидович, д-р физ.-мат. наук, академик РАН, главный научный сотрудник ИФП СО РАН, e-mail: aseev@isp.nsc.ru. Латышев Александр Васильевич, д-р физ.-мат. наук, академик РАН, директор ИФП СО РАН, e-mail: latyshev@isp.nsc.ru.
Ключевые слова
углеродные нанотрубки, болометры, терагерцовое излучение
Аннотация
Описано создание методики получения массива многостенных вертикально ориентированных углеродных нанотрубок (ВОУНТ) с толщиной до 120 мкм на подложках Si/Al2O3/Fe и изучению их поглощающих свойств в терагерцовой области спектра, а также оценке перспективности их использования в качестве широкополосного поглотителя терагерцового излучения на основе расчетов спектральной зависимости коэффициента поглощения излучения болометрических устройств традиционного и инвертированного типа. Показано, что поглощение массива ВОУНТ, перенесенного на полимерную подложку Revalpha, достигает 70–80 % в диапазоне длин волн 40–200 мкм. Расчетами показано, что болометры традиционного типа с поглотителем на основе ВОУНТ имеют наилучшую чувствительность при длинах волн менее 100 мкм, а болометры инвертированного типа, также включающие слой ВОУНТ, – при длинах волн более 50 мкм, что делает их дополняющими друг друга.
Литература
1. Xie J. et al. A Review on Terahertz Technologies Accelerated by Silicon Photonics // Nanomaterials. 2021. Vol. 11, no. 7. P. 1646.
2. Dhillon S. S. et al. The 2017 terahertz science and technology roadmap // J. Phys. D. Appl. Phys. 2017. Vol. 50, no. 4. P. 043001.
3. Mittleman D. M. Twenty years of terahertz imaging [Invited] // Opt. Express. 2018. Vol. 26, no. 8. P. 9417.
4. Lee A. W. M. et al. Real-time imaging using a 4.3-THz quantum cascade laser and a 320×240 microbolometer focal-plane array // IEEE Photonics Technol. Lett. 2006. Vol. 18, no. 13. P. 1415–1417.
5. Oda N. Détecteur matriciel de type bolométrique à température ambiante et camera vidéo pour l’imagerie térahertz // Comptes Rendus Phys. Elsevier Masson SAS, 2010. Vol. 11, no. 7–8. P. 496–509.
6. Dem’yanenko M.A. et al. Imaging with a 90frames∕s microbolometer focal plane array and high-power terahertz free electron laser // Appl. Phys. Lett. 2008. Vol. 92, no. 13. P. 131116.
7. Nemoto N. et al. High-Sensitivity and Broadband, Real-Time Terahertz Camera Incorporating a Micro-Bolometer Array With Resonant Cavity Structure // IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol. IEEE, 2016. Vol. 6, no. 2. P. 175–182.
8. Simoens F., Meilhan J. Terahertz real-time imaging uncooled array based on antenna- and cavity-coupled bolometers // Philos. Trans. R. Soc. A Math. Phys. Eng. Sci. 2014. Vol. 372, no. 2012. P. 20130111.
9. Simoens F., Meilhan J., Nicolas J.-A. Terahertz Real-Time Imaging Uncooled Arrays Based on Antenna-Coupled Bolometers or FET Developed at CEA-Leti // J. Infrared, Millimeter, Terahertz Waves. 2015. Vol. 36, no. 10. P. 961–985.
10. Scardera G. et al. Fourier transform infrared spectroscopy of annealed silicon-rich silicon nitride thin films // J. Appl. Phys. 2008. Vol. 104, no. 10. P. 104310.
11. King S.W. Plasma enhanced atomic layer deposition of SiNx:H and SiO2 // J. Vac. Sci. Technol. A. 2011. Vol. 29, no. 4. P. 041501.
12. Mottin E. et al. Uncooled amorphous silicon technology enhancement for 25-μm pixel pitch achievement // Infrared Technology and Applications XXVIII / ed. B. Andresen, G. F. Fulop, M. Strojnik. 2003. P. 200–207.
13. Tissot J. et al. Uncooled microbolometer detector: recent developments at ULIS // Opto-Electronics Rev. 2006. Vol. 14, no. 1. P. 25–32.
14. Oulachgar H. et al. Optimization of design and microfabrication of metamaterial-based absorber for terahertz microbolometer // 2014 39th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz waves (IRMMW-THz). IEEE, 2014.
15. Proulx C. et al. The EarthCARE broadband radiometer detectors // Infrared Spaceborne Remote Sensing and Instrumentation XVII / ed. M. Strojnik. 2009. P. 74530S.
16. Yung C. et al. BABAR: black array of broadband absolute radiometers for far infrared sensing // Image Sensing Technologies: Materials, Devices, Systems, and Applications VI / ed. N. K. Dhar, A. K. Dutta, S. R. Babu. SPIE, 2019. P. 109800F.
17. Tomlin N.A. et al. Overview of microfabricated bolometers with vertically aligned carbon nanotube absorbers // AIP Adv. AIP Publishing, LLC, 2020. Vol. 10, no. 5. P. 055010.
18. Okamoto A. et al. Thermal and electrical conduction properties of vertically aligned carbon nanotubes produced by water-assisted chemical vapor deposition // Carbon, N. Y., 2011. Vol. 49, no. 1. P. 294–298.
19. Xiao D. et al. A flexible and ultra-broadband terahertz wave absorber based on graphene–vertically aligned carbon nanotube hybrids // J. Mater. Chem. C. 2020. Vol. 8, no. 21. P. 7244–7252.
20. Leimeng Sun et al. Wafer-scale vertically aligned carbon nanotubes for broadband terahertz wave absorption // Carbon-2019. Vol. 154. P. 503–509.
21. Kędzierski K. et al. On the temperature dependent electrical resistivity of CNT layers in view of Variable Range Hopping models // Org. Electron. 2017. Vol. 43. P. 253–261.
22. Jakubinek M. B. et al. Thermal and electrical conductivity of tall, vertically aligned carbon nanotube arrays // Carbon-2010. Vol. 48, no. 13. P. 3947–3952.
23. Борн М., Вольф Э. Основы оптики / ред. Н. А. Райская. М. : Наука, 1973. 720 с.
24. Демьяненко М. А. Поглощение инфракрасного излучения в многослойной болометрической структуре с тонким металлическим поглотителем // Оптический журнал. 2017. Том 84, № 1. С. 48–57. 25. Panjwani D.R. Characterization of gold black and its application in un-cooled infrared detectors : Ph.D. dissertation. University of Central Florida, 2015. 143 p.
26. Díaz-Durán B. et al. Sheet resistance measurements of carbon nanotube forests for extended electrodes // Diam. Relat. Mater. 2016. Vol. 61. P. 70–75.
27. Souier T. et al. Enhanced electrical properties of vertically aligned carbon nanotube-epoxy nanocomposites with high packing density // Nanoscale Res. Lett. 2012. Vol. 7, no. 1. P. 630.
28. Демьяненко М. А. Эффективные широкополосные приемники терагерцового излучения на основе болометров с тонким металлическим поглотителем // Журнал технической физики. 2018. Том 88, № 1. С. 121–126.
Для цитирования
Щеглов Д. В., Демьяненко М. А., Семенова О. И., Родякин С. В., Насимов Д. А., Ситников С. В., Рогило Д. И., Федина Л. И., Асеев А. Л., Латышев А. В. Разработка широкополосного поглотителя электромагнитного излучения на основе многостенных углеродных нанотрубок и его применение в болометрических приемниках // Техника радиосвязи. 2021. Выпуск 4 (51). С. 75–88. DOI: 10.33286/2075-8693-2021-51-75-88.