Люди давно стремятся к использованию терагерцовых волн, поскольку это обещает высокоскоростную связь, сверхбыструю передачу данных, расширенную медицинскую визуализацию и точный мониторинг окружающей среды. Возможны и применения в приложениях контроля качества в промышленности, в решениях безопасности. Но мешают технологические ограничения.

Что конкретно мешает?

Взаимодействие терагерцовых волн с веществом зависит от его диэлектрической проницаемости. К сожалению, кремний имеет высокую диэлектрическую проницаемость, намного выше, чем у воздуха. Поэтому большинство терагерцовых волн, сформированных терагерцовым генератором, отражается на границе кремний-воздух. Для решения этой проблемы обычно используют кремниевые линзы, фокусирующие волны в более мощный пучок. Но эти линзы велики по размерам, что затрудняет их интеграцию с кремниевой электроникой и практическое использование.

В MIT (EECS) разработали безлинзовый метод, основанный на согласовании диэлектрической проницаемости воздуха с его коэффициентом 1 и кремнием с его 11. На тыльную сторону чипа был помещен тонкий лист коммерчески доступного материала с коэффициентом больше, чем у воздуха, но меньше, чем у кремния. Теперь вместо одного перехода их два, но каждый – меньше по величине, что упрощает для волн их прохождение. Лазером в листе сформированы микроотверстия, подгоняющие диэлектрическую проницаемость к оптимальному значению, оптимизирующему прохождение терагерцовых волн через границу сред. 

Кроме того, была задействована система усилителя-умножителя сигнала терагерцового диапазона с использованием более СВЧ-транзисторов, разработанных Intel. В отличие от традиционных КМОП, эти транзисторы обладают более высокой максимальной частотой работы и напряжением пробоя.

«Более мощные транзисторы, лист диэлектрика и несколько других небольших инноваций, позволили нам превзойти параметры нескольких других устройств», - утверждает Джинчен Ван, ведущий автор исследования. «Чип генерировал терагерцовые сигналы с пиковой мощностью 11,1 дБм, что является лучшим показателем».

Для использования терагерцовых волн в практических целях этого мало, нужен не один чип-генератор, а массив из нескольких десятков или сотен чипов, с высокой плотностью их размещения. Этот массив позволит создать фазированную решетку источников терагерцового излучения, способную формировать мощный управляемый луч. Над созданием такого устройства исследователи работают сейчас.

Одной из сложной задач было решить проблему управления мощностью и температурой, тем более, что многие стандартные методы проектирования КМОП-чипов в этой ситуации неприменимы. Если в итоге все получится, можно с уверенностью прогнозировать, что терагерцовые модули будут интегрироваться в самые разные электронные устройства.

Исследование частично поддерживается Лабораторией реактивного движения NASA и Программой стратегического университетского исследовательского партнерства, а также Центром интегральных схем и систем Массачусетского технологического института. Чип был изготовлен в рамках программы Intel University Shuttle.

--

За новостями телекома и IT удобно следить в телеграм-канале abloud62. Региональные новости и анонсы пресс-релизов вы найдете в канале abloudRealTime, также подключайтесь к каналу Бойко про телеком ВКонтакте

теги: микроэлектроника терагерцовое СВЧ

--