2023年9月8日，太赫茲技術(shù)趨勢及應(yīng)用論壇在深圳光博會期間舉辦。論壇活動中，虹科光電事業(yè)部部長覃琪淋為大家?guī)砹艘?/span>“太赫茲技術(shù)與工業(yè)成像、測厚及表征應(yīng)用”為主題的演講。

本次演講的內(nèi)容主要分為三個部分：以太赫茲技術(shù)為切入點，介紹了太赫茲工業(yè)應(yīng)用以及虹科提供的太赫茲解決方案，并針對太赫茲應(yīng)用領(lǐng)域做了最后的總結(jié)與展望。本文將帶您回顧本次論壇演講中的精彩內(nèi)容。

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太赫茲技術(shù)

太赫茲波位于微波和紅外之間，具有對非金屬、非極性材料優(yōu)異的穿透性，基于太赫茲波的產(chǎn)生和探測技術(shù)，我們可以獲取太赫茲信息實現(xiàn)很多功能，比如光譜分析、穿透成像、厚度測量以及參數(shù)表征。

針對太赫茲成像技術(shù)，基于不同的產(chǎn)生和探測技術(shù)，成像系統(tǒng)的構(gòu)造也有許多差別。此處展示的一種是焦平面陣列探測成像，基于高功率的太赫茲源與太赫茲相機，可以實現(xiàn)實時強度成像，多角度動態(tài)圖像有助于實現(xiàn)樣品的3D重建。

另一種是太赫茲FMCW雷達(dá)成像技術(shù)，基于電子學(xué)倍頻器的產(chǎn)生原理，混頻探測得到信號的強度與相位信息，更重要的是可以獲取樣品的深度信息實現(xiàn)斷層掃描圖像。太赫茲的穿透性在成像技術(shù)中極具優(yōu)勢，目前太赫茲安檢儀已經(jīng)逐步應(yīng)用于機場、展館等場所。

針對太赫茲光譜技術(shù)，主要利用飛秒激光與光電導(dǎo)天線產(chǎn)生和探測太赫茲波，基于探測到的太赫茲時域和頻域信息，我們可以分析獲得樣品的指紋頻譜、厚度以及電學(xué)參數(shù)。

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太赫茲技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用&虹科方案

01.穿透成像——NDT Radar

工業(yè)生產(chǎn)中對于無損查看樣品內(nèi)部情況具有迫切需求，而常見的穿透成像技術(shù)，比如射線具有電離輻射，超聲需要接觸表面與耦合劑等局限性，太赫茲技術(shù)則彌補了這些缺陷，能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸式、非破壞性、良好穿透性與空間分辨率的成像功能。

虹科提供的NDT雷達(dá)基于FMCW雷達(dá)原理，由倍頻器產(chǎn)生150G的太赫茲信號，采集反射信息通過混頻器分析獲取中頻信號，從而獲取強度以及深度信息，實現(xiàn)三維切片成像的效果。

工業(yè)成像對檢測速度和集成方式要求較高，虹科NDT雷達(dá)是收發(fā)一體的單體結(jié)構(gòu)，能集成于工業(yè)機械臂與位移平臺，同時檢測速率高達(dá)7.6KHz，適配工業(yè)高速檢測的需求。太赫茲雷達(dá)技術(shù)在藥品檢測、食品檢測、聚合物與復(fù)合材料缺陷檢測、腐蝕檢測以及香煙檢測中都能發(fā)揮出穿透成像、多層成像的優(yōu)勢，查看到樣品內(nèi)部的缺陷或異物信息，而不會對樣品造成任何損傷，是工業(yè)無損檢測應(yīng)用的新興方案。

02. 厚度測量——Irys系統(tǒng)

汽車行業(yè)目前對于涂層質(zhì)量控制與成本優(yōu)化要求水漲船高，厚度優(yōu)化是必不可少的工序。然而傳統(tǒng)的測厚技術(shù)，比如磁力測厚儀、渦流測厚儀等只能測單層涂層，對基底有限制，多為接觸式手持式設(shè)備不能自動化集成，因此限制了其應(yīng)用場景。

太赫茲TDS測厚技術(shù)具有非接觸式、非破壞性、一次測量得到每一層厚度、優(yōu)異穿透性等諸多優(yōu)勢，在汽車涂層測厚應(yīng)用場景中具有明顯優(yōu)勢。

虹科提供的太赫茲測厚平臺IRYS系統(tǒng)是針對汽車車身涂層測厚的完整解決方案，其太赫茲探頭適用于任何穿透機械手臂，適用于自動化程度高的汽車產(chǎn)線。同時，結(jié)合三角激光定位系統(tǒng)，能夠保持定位的法向誤差小于0.2°。最后，應(yīng)用專利的測厚算法，可測層數(shù)高達(dá)7層，能夠?qū)崿F(xiàn)最薄5um材料的測厚，以及最優(yōu)1um的測厚精度。

相較于其他傳統(tǒng)的測厚技術(shù)，太赫茲技術(shù)最大優(yōu)勢在于其適用基底范圍廣泛，包括金屬、塑料與復(fù)合材料基底。此外，非接觸的探測方式易于自動化，一次測量就可以得到每一層厚度的實時數(shù)據(jù)。最后，沒有電離輻射，安全性得到保證。

太赫茲測厚技術(shù)自2020年起第一次落地于大眾西班牙納瓦拉的工廠，經(jīng)過計算，太赫茲技術(shù)的使用有助于在涂裝過程中節(jié)省15%的成本，減少材料、能源和缺陷工件的支出，并相應(yīng)減少對環(huán)境的影響。得益于太赫茲技術(shù)，汽車的涂裝工藝在噴漆過程中可以減少二氧化碳排放量50kWh/輛，這意味著每年可減少超過16 GWh/年的二氧化碳排放量。

03. 電參數(shù)表征——Onyx系統(tǒng)

半導(dǎo)體企業(yè)的晶圓生產(chǎn)與質(zhì)量控制流程中，都需要利用一些表征技術(shù)對所用材料的性質(zhì)與質(zhì)量做出判斷。

傳統(tǒng)表征方法具有一定缺陷，比如四探針法得到被測樣品的電導(dǎo)率，但必須接觸樣品造成損傷，因此不適用于生產(chǎn)檢測。

而對于納米尺寸的材料而言，常用的拉曼光譜、AFM和TEM方法可以通過非接觸、非破壞性的方式得到分辨率高達(dá)nm級別的圖像，然而這需要復(fù)雜的樣品制備步驟與較長的掃描時間，僅適用實驗環(huán)境使用。

太赫茲技術(shù)可以實現(xiàn)實現(xiàn)石墨烯、薄膜和其他2D材料的全區(qū)域無損表征的系統(tǒng)。通過反射式采集樣品的多種電參數(shù)，包括電導(dǎo)率、電阻率、電荷載流子遷移率、電荷載流子密度、載流子散射時間與均勻性。

虹科Onyx系統(tǒng)填補了宏觀和納米尺度表征工具之間的空白，同時具有快速表征（12cm2/min）和高分辨率（50um），并且探測面積可從0.5 mm2到更大面積(m2)，促進(jìn)了材料研究領(lǐng)域的工業(yè)化。

目前已利用太赫茲電參數(shù)表征應(yīng)用的企業(yè)如下：

• CIEMAT已經(jīng)利用太赫茲技術(shù)對各類石墨烯制作的光伏器件做電學(xué)參數(shù)的表征；
• CIC nanogune利用了太赫茲技術(shù)對石墨烯材料與其他表征方法對比，驗證了太赫茲測量電學(xué)參數(shù)的準(zhǔn)確性；
• IHP則利用太赫茲為將先進(jìn)材料的晶圓集成到微電子元件中提供了一種無損，非接觸式，快速且更可靠的質(zhì)量控制過程，可以在生產(chǎn)過程的最早階段識別有缺陷的零件。
  

虹科Onxy系統(tǒng)采用了太赫茲技術(shù)，相較于其他檢測技術(shù)，更滿足工業(yè)應(yīng)用的快速大面積的檢測要求。

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總結(jié)與展望

太赫茲技術(shù)在無損檢測領(lǐng)域具有明顯優(yōu)勢，包括成像、測厚以及參數(shù)表征，但是由于功率限制以及成本問題，目前主流應(yīng)用還局限在實驗室研究所環(huán)境中。未來，太赫茲技術(shù)的發(fā)展一方面需要提升技術(shù)實力打破技術(shù)壁壘實現(xiàn)更高功率的太赫茲源輸出，另一方面在產(chǎn)業(yè)化探索中也需要找尋太赫茲技術(shù)優(yōu)勢行業(yè)，并開發(fā)出適合工業(yè)應(yīng)用的便攜緊湊式設(shè)備，更重要的是太赫茲設(shè)備的成本能夠進(jìn)一步降低。我們期待讓太赫茲這項新技術(shù)從實驗室成熟推廣到工業(yè)生產(chǎn)中，為無損檢測帶來新的技術(shù)活力！