農工大ら，室温動作する広帯域テラヘルツセンサ開発

東京農工大学，中国科学院，兵庫県立大学は，シリコン素材を用いて室温動作可能であり高速・高感度で広帯域検出可能なテラヘルツMEMSボロメータの開発に成功した（ニュースリリース）。

テラヘルツ（THz）計測技術の社会実装を進めていくためには，極低温冷却を必要としない高感度・高速のTHz検出器の開発が不可欠となっている。

しかし，従来の量子型THz検出器は通常，室温での動作が困難。ショットキー・バリア・ダイオードなどを用いて室温で動作可能な整流型THz検出器では，その動作周波数が1.5THz以下の低周波帯に限られている。

室温動作が可能な広帯域赤外検出器として，焦電素子や酸化バナジウムボロメータが用いられてきたが，これらのセンサは，検出の速度が最大でも数Hzから数十Hzにとどまり，高速なTHz検出には適していない。

光子エネルギーが非常に小さいTHz・赤外領域では，検出器において光を一旦熱に変換し，その温度上昇による抵抗の変化などを信号として用いるボロメータ技術が有効。研究グループは，絶縁体上のシリコン（SOI）で作製された，微小電気機械システム（MEMS）共振器を用いた室温動作・高感度・高速・広帯域THz検出器の開発に成功した。

MEMS梁に入射されたTHzを熱に変換し，MEMS共振器の機械的共振周波数シフトとして検出する。一般に固体の抵抗や誘電率などの物理量は，低温ではわずかな温度変化でも大きく変化するが，室温での変化は非常に小さい。

それに対して，機械的な共振は室温付近でも熱膨張の効果により，温度変化に対して直線的に応答する。この特性を利用することで，開発したSOI MEMS検出器は，ノイズ等価電力NEPが約36pW/√Hzの高感度，熱応答時間約88マイクロ秒の高速応答を実現した。

これは，従来から広く赤外検出器として用いられてきた焦電検出器の約100～1,000倍の応答速度が得られ，高速なTHz・赤外計測に適していることを意味する。さらに，1～10THzの広い周波数帯で平坦な感度スペクトルを示し，近赤外領域までの拡張も可能であることから，分光など広帯域計測への応用にも適しているという。

研究グループは，この成果により，低コストで大量生産が可能で，CMOS回路との集積も容易な次世代テラヘルツイメージングや分光技術の実用化が大きく前進すると期待されるとしている。