基于芯片而無(wú)需硅透鏡，新型太赫茲波系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更高輻射功率

美國(guó)麻省理工學(xué)院網(wǎng)站日前發(fā)布消息稱，該學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種基于芯片的太赫茲放大器-倍增器系統(tǒng)。該系統(tǒng)克服了現(xiàn)有技術(shù)限制，無(wú)需硅透鏡即可實(shí)現(xiàn)更高的輻射功率。

通過(guò)在芯片背面粘貼一層薄薄的圖案化材料，研究人員制作出了一種更高效且可擴(kuò)展的基于芯片的太赫茲波發(fā)生器。圖片來(lái)源：美國(guó)麻省理工學(xué)院

太赫茲波長(zhǎng)比無(wú)線電波更短、頻率更高，利用這種波可實(shí)現(xiàn)更快的數(shù)據(jù)傳輸速度、更精確的醫(yī)學(xué)成像效果和更高分辨率的雷達(dá)系統(tǒng)。然而，要在半導(dǎo)體芯片上有效生成太赫茲波很困難。

目前生成太赫茲波技術(shù)大多采用體積龐大且價(jià)格昂貴的硅透鏡，否則無(wú)法產(chǎn)生足夠輻射功率以供實(shí)際應(yīng)用。但硅透鏡往往比芯片本身還要大，這使得太赫茲波源難以集成到電子設(shè)備中。

生成太赫茲波還有一種方式是利用互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體芯片的放大器-倍增器鏈，它能將無(wú)線電波的頻率增加到太赫茲范圍。為了達(dá)到最佳性能，波會(huì)穿過(guò)硅芯片并最終從背面發(fā)射到空氣中。然而，一個(gè)名為介電常數(shù)的特性阻礙了波的平穩(wěn)傳輸。

介電常數(shù)影響電磁波與材料的相互作用，會(huì)影響被吸收、反射或傳輸?shù)妮椛淞俊Ｓ捎诠璧慕殡姵?shù)遠(yuǎn)高于空氣，因此大多數(shù)太赫茲波會(huì)在硅-空氣邊界處被反射，而非順利地從背面發(fā)射出去。

此次，團(tuán)隊(duì)利用了被稱為“匹配”的機(jī)電理論，試圖平衡硅和空氣的介電常數(shù)，使邊界處反射的信號(hào)量最小化。他們?cè)谛酒趁尜N了一張薄且?guī)D案的材料片。有了它作為匹配片，大多數(shù)波都將從背面發(fā)射出去。他們還使用英特爾開發(fā)的特殊晶體管制造芯片，這些晶體管的最高頻率和擊穿電壓均高于傳統(tǒng)互補(bǔ)金屬氧化物晶體管。最終，他們制造出了一種更高效且可擴(kuò)展的基于芯片的太赫茲波發(fā)生器。

芯片產(chǎn)生的太赫茲信號(hào)峰值輻射功率為11.1分貝毫瓦，在現(xiàn)有技術(shù)中處于領(lǐng)先地位。由于這種低成本芯片可大規(guī)模制造，因此更容易集成到現(xiàn)有電子設(shè)備中，例如應(yīng)用于檢測(cè)隱藏物體的改進(jìn)型安檢掃描儀，或用于精確定位空氣中的污染物的環(huán)境監(jiān)測(cè)器等。