ナノカーボンを用いたテラヘルツイメージングの高速画像化技術の開発

利用纳米碳进行太赫兹成像的高速成像技术的开发

• 批准号: 16J09937
• 负责人: 鈴木 大地
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J09937/
• 关键词: テラヘルツ; 光熱起電力; フレキシブルスキャナー; 電気二重層技術; カーボンナノチューブ; 非破壊検査

平成29年度の研究を通じて、ナノカーボンを用いたテラヘルツ(THz)イメージングの広帯域化・高感度化・高速化を達成した。単一検出器の性能向上について、検出器の材料であるカーボンナノチューブフィルムの膜厚・サイズ・バンドル径といった要素の最適化、及びPN接合を使用した高感度化等を実施し、0.14～39THzでの広帯域なTHz検出を達成した。また、感度の指標である等価雑音電力（NEP）についても、室温において20 pW/√Hzという研究開始当時の室温動作カーボンナノチューブ検出器（NEP = 20 nW/√Hz）の1000倍の高感度化を達成した。さらに、材料の薄膜下や熱の制御といった技術を導入することで、検出器の応答速度を5msまで向上することができた。これにより、単一検出器では1秒で200pixelの画像計測を実現することが可能であるため、当初の目標である5秒以内に100pixelの画像計測を達成することができた。加えて、撮像デバイスの性能指標の一つである空間解像度についても、THz光の電極金属への侵入を抑制する構造を取り入れることで、空間解像度の劣化を引き起こしていた不要信号を1/70倍まで低減することが可能となり、空間解像度を照射光の回折限界である波長サイズまで向上することができた。得られた研究成果により、応用物理分野の若手賞の１つである「応用物理学会　講演奨励賞」という名誉ある賞の受賞に加え、「ACS Omega誌」等国際学術論文誌への掲載や、「New Diamond誌」における雑誌表紙に選定される等、国内外問わず多くの研究成果を挙げており、当初の計画以上の進展があったと評価できる。

In 2009, the research was carried out to achieve the goal of localization, high sensitivity and high speed. The performance of a single detector is improved, the material of the detector is optimized, the film thickness, the diameter and the element of the detector are optimized, and the PN junction is used. The high sensitivity of the detector is achieved in the wide range of 0.14~39THz. The sensitivity of the detector (NEP = 20 nW/√Hz) is 1000 times higher than that of the ambient temperature detector (NEP = 20 nW/√Hz). The technology of heat control under thin films of materials is introduced, and the response speed of detectors is increased by 5ms A single detector can achieve 200pixel image measurement in 1 second or less than 5 seconds. The performance index of the image sensor is increased by 1/70 times, and the spatial resolution is reduced by 1/70 times. The structure for suppressing the intrusion of THz light into the electrode metal is introduced. The spatial resolution is reduced by 1/70 times, and the wavelength of the irradiated light is reduced by 1/70. International academic papers such as "ACS Omega Journal" and "New Diamond Journal" were published in the journal. Many domestic and foreign research results were published in the journal. The progress of the original plan was reviewed.

项目成果

Terahertz Imaging and Spectroscopy as a Tool for Non-destructive and Non-contact Quality Inspections of Medical Drugs and Polymer Films

• DOI: 10.2116/bunsekikagaku.66.893
• 发表时间: 2017
• 期刊: Bunseki Kagaku
• 影响因子: 0.2
• 作者: D. Suzuki;Y. Kawano

全方位非破壊検査に向けたフレキシブルテラヘルツスキャナーの開発

开发用于全向无损检测的柔性太赫兹扫描仪

• 发表时间: 2017
• 作者: Daichi Suzuki;Shunri Oda;and Yukio Kawano;鈴木大地;Daichi Suzuki;鈴木大地
• 通讯作者: 鈴木大地

A flexible terahertz camera with carbon nanotubes and its application to multi-view inspection

碳纳米管柔性太赫兹相机及其在多视角检测中的应用

• 发表时间: 2018
• 期刊: New Diamond
• 作者: D. Suzuki;Y. Kawano
• 通讯作者: Y. Kawano

A flexible and wearable terahertz scanner

• DOI: 10.1038/nphoton.2016.209
• 发表时间: 2016-12-01
• 期刊: Nature Photonics
• 影响因子: 35
• 作者: Suzuki, D.;Oda, S.;Kawano, Y.
• 通讯作者: Kawano, Y.

Mechanism of carbon nanotubes terahertz detectors based on photothermoelectric effect

• DOI: 10.1109/irmmw-thz.2016.7758937
• 发表时间: 2016-09
• 期刊: 2016 41st International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz waves (IRMMW-THz)
• 作者: D. Suzuki;S. Oda;Y. Kawano