Ultra
Elektrooptisches Samplingsystem zur On-Wafer-Charakterisierung von Ultraschneller Elektronik
Systeme mit einer sehr hohen spektralen Bandbreite, bis hin zu THz Frequenzen, finden in vielen Gebieten der Forschung und Technologie Anwendung. Seit kurzem, werden vollelektronische Systeme entwickelt, um als Schlüsseltechnologie den breiten Zugang zu THz-Technologien zu ermöglichen. Verglichen mit teuren und klobigen fs-laserbasierten THz-Systemen können elektronische THz-Systeme sehr kompakt, energiesparend und kostengünstig eingesetzt werden.
Trotz der signifikanten technologischen Weiterentwicklung solcher elektronischer Systeme können diese kaum hinreichend charakterisiert werden. Um die Funktionsweisen solcher extrem schnellen elektronischen Schaltungen zu analysieren, werden neue Analysetechniken benötigt, da herkömmliche Instrumente wie Netzwerkanalysatoren nur den Bereich von einigen hundert GHz abdecken können. Das reicht aber nicht aus, um das volle Frequenzspektrum moderner elektronischer Geräte zu analysieren.
Im Ultra-Projekt 
arbeiten wir daran, ein elektrooptisches Samplingsystem zu entwickeln mit der Fähigkeit zur Vermessung und Charakterisierung elektronischer Komponenten, Schaltungen und Systeme bis in den THz-Frequenzenbereich. Die Haupteigenschaften des Systems sind:
- Detektion von Amplitude und Phase interner Signale mit einer ultragroßen Bandbreite weit über 1 THz.
- Kontaktfreie Messung elektronischer Signale an lokal beliebiger Stelle des Prüfobjektes (nicht nur an den vorgesehenen Anschlüssen).
- Direkte On-Wafer-Charakterisierung zur Kosten- und Zeitreduzierung für den Schaltungstests.
- Möglichkeit zur Flächenabtastung, um räumliche Feldverteilungen abzuleiten, aus welchen auf Fehlfunktionen oder Synchronisationsprobleme der Schaltung geschlossen werden kann.
Terahertz Time Domain Spectroscopy Reflectivity Setup for Biomolecular Sensing in Aqueous Solutions
Some efforts have been recently made in order to progressively attack one of the big remaining practically unsolved problems that is employing THz radiation for biomolecular sensing in aqueous solutions. Measurements in diluted environments are clearly limited due to extremely high and also temperature depending absorption coefficients of water in the far infrared range between 0.2 and 10 THz.
A multitude of biomolecules e.g. amino acids, peptides, carbohydrates and DNA has been thoroughly investigated with regard to THz induced low frequency intra- and intermolecular vibrational and rotational modes in dried samples or partially hydrated powders. In fact, real application-oriented future generations of THz biosensors will be undoubtful focusing on biomolecular studies of aqueous samples, containing rather small solute concentrations enclosed in highly complex liquid matrices. Taking into account solvation dynamics and hydration effects of biomolecules, protein structure information and folding kinetics may be accessible as well. Mainly, two possible ways of THz sensing in aqueous media have been already discussed in literature. Both show either the potential to derive spectroscopic peak information (ATR) in the lower THz frequency range or different absorption coefficients from recorded amplitude and phase information of the THz TDS signal according to different biomolecular concentrations in aqueous samples. Against this background, one fundamental demand involves the conservation of biomolecular natural conformational states in order to retain protein functionalities, activities of catalytic sites or interactions of surface sites presented to the molecule surrounding water shells.
Considering typical characteristics of applicable, low cost and highly integrated biosensors i.e. maximum selectivity, supreme sensitivity, appropriate for daily use, long time stability, reproducibility and robustness combined to a minimum number of sample preparation steps, actually there clearly still is the challenge to discover and present new approaches enabling THz based biomolecular sensing principles. Whose potential must considerably exceed beyond the stage of demonstrating proof-of-principle measurements.
The main feature of the THz TDS reflectivity setup investigated in our labs includes potentially high sensitivity THz biomolecular sensing in aqueous solutions concurrently circumventing the hitherto existing sensing limits of biomolecule detection in very thin water layers in the lower µm range.