Mini-Terahertz-Sender erzeugt hohe Frequenzen auch bei Raumtemperatur

Darmstadt – Hochfrequente Terahertz-Wellen sind ein wichtiges Werkzeug für Untersuchungen in der Medizin oder für die Materialprüfung, da sie Materialien wie Kunststoff, Textilien und manches biologische Gewebe zerstörungsfrei durchlaufen. Ein neuer Sender, den Forscher an der TU Darmstadt entwickelten, soll nun noch mehr Anwendungen möglich machen. Denn der Sender ist so klein wie ein Sandkorn, funktioniert bei Raumtemperatur und ist mit handelsüblicher Halbleitertechnik kostengünstig herzustellen. Seine Frequenz liegt mit 1,11 Terahertz außergewöhnlich hoch, theoretisch sind sogar bis zu drei Terahertz möglich, schreiben die Forscher im Fachblatt „Applied Physics Letters“.

Mikroskopaufnahme des Senders, im Hintergrund ist dunkel die Mambran zu sehen.
Terahertz-Sender

Das Team aus Physikern und Ingenieuren um Michael Feiginov vom Institut für Mikrowellentechnik und Photonik der TU Darmstadt entwickelte und verkleinerte seine sogenannte Resonanztunneldiode (RTD) gemeinsam mit dem Darmstädter Elektronikbauteil-Hersteller ACST. Diese Diode erzeugt eine konstante Terahertz-Strahlung dank eines quantenmechanischen Effekts. Kernstück ist eine Doppel-Barriere-Struktur, in welche ein sogenannter Quantentopf eingebettet ist – eine nur wenige Nanometer (Millionstel Millimeter) dünne Halbleiterschicht aus Indium-Gallium-Arsenid zwischen zwei ebenso feinen Barriere-Schichten des Halbleiters Aluminium-Arsenid. Diese Schichtstruktur ermöglicht einen quantenmechanischen Effekt, der die elektrischen Schwingungen in einem Terahertz-Oszillator immer wieder verstärkt und für die kontinuierliche Emission sorgt.

Auf diese Weise erhalten die Forscher „die höchste Frequenz, die ein aktives Halbleiterbauelement jemals erreicht hat“, so Feiginov. In Zukunft will das Team die Leistung solch kleiner Sender noch weiter verbessern.  „Eine höhere Frequenz der Bauteile würde zu neuen Anwendungen oder Einsatzgebieten bei Computern, Handys und anderen elektronischen Geräten führen,“ erklärt Feiginov. Der Einsatz der RT-Diode bei Raumtemperatur macht zudem klobige Kühlvorrichtungen überflüssig.