基於芯片而無需硅透鏡，新型太赫茲波系統實現更高輻射功率

科技日報記者 張佳欣

美國麻省理工學院網站日前發佈消息稱，該學院的研究團隊開發出一種基於芯片的太赫茲放大器-倍增器系統。該系統克服了現有技術限制，無需硅透鏡即可實現更高的輻射功率。

太赫茲波長比無線電波更短、頻率更高，利用這種波可實現更快的數據傳輸速度、更精確的醫學成像效果和更高分辨率的雷達系統。然而，要在半導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大多采用體積龐大且價格昂貴的硅透鏡，否則無法產生足夠輻射功率以供實際應用。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備中。

生成太赫茲波還有一種方式是利用互補金屬氧化物半導體芯片的放大器-倍增器鏈，它能將無線電波的頻率增加到太赫茲範圍。為了達到最佳性能，波會穿過硅芯片並最終從背面發射到空氣中。然而，一個名為介電常數的特性阻礙了波的平穩傳輸。

介電常數影響電磁波與材料的相互作用，會影響被吸收、反射或傳輸的輻射量。由於硅的介電常數遠高於空氣，因此大多數太赫茲波會在硅-空氣邊界處被反射，而非順利地從背面發射出去。

此次，團隊利用了被稱為“匹配”的機電理論，試圖平衡硅和空氣的介電常數，使邊界處反射的信號量最小化。他們在芯片背面貼了一張薄且帶圖案的材料片。有了它作為匹配片，大多數波都將從背面發射出去。他們還使用英特爾開發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於傳統互補金屬氧化物晶體管。最終，他們製造出了一種更高效且可擴展的基於芯片的太赫茲波發生器。

芯片產生的太赫茲信號峯值輻射功率為11.1分貝毫瓦，在現有技術中處於領先地位。由於這種低成本芯片可大規模製造，因此更容易集成到現有電子設備中，例如應用於檢測隱藏物體的改進型安檢掃描儀，或用於精確定位空氣中的污染物的環境監測器等。