（起原：MIT News）

太赫兹波（Terahertz waves，简称 THz 波）在电磁波谱中的频率范围在 0.1-10 太赫兹之间，其应用远景繁密，不错竣事更快的数据传输、更精准的医学成像，以及更高划分率的雷达。

研究词耐久以来，怎么让半导体芯片高效产生大功率太赫兹波，永远是制约这项本领落地的要津瓶颈。

现存主流决议依赖体积远大且精粹的硅透镜来增强辐照功率，借助更强的辐照功率才智让太赫兹信号传得更远，不然难以履行应用。这类附加安设时时比芯片履行还要大，导致所有这个词这个词系统肥美不胜，使得将太赫兹波源集成到电子开导中面对巨大挑战。

为克服这些末端，麻省理工学院的研发团队开发出一种新式太赫兹放大倍频系统，该开导在开脱硅透镜管制的同期竣事了辐照功率的大幅进步。

他们通过在芯片背部集成衰竭瞎想的超薄材料层，并诈欺更高功率的晶体管，制造出了一种更高效且可扩张的基于芯片的太赫兹波发生器。

这项小型化本领糟蹋使构建紧凑型太赫兹阵列成为可能，将来可平庸应用于新一代智能安检系统，竣事对归隐物品的毫米级识别；在环境监测领域，可打造高理智度的欺侮物跟踪汇注，及时捕捉空气中的微量无益物资。

"太赫兹本领的真确价值在于范围化应用。太赫兹阵列可能包含数百颗芯片，根底莫得空间放弃硅透镜，因为这些芯片是以极高的密度组合在一齐的，是以咱们需要一种不同的封装方法。"这篇盘考论文的第一作家、麻省理工学院电子工程与计较机科学系盘考生王金辰暗意，"咱们开发了一种适用于可扩张低本钱太赫兹阵列的要领，这种芯片级搞定决议适用于高密度阵列需求，其可扩张性将极大缩短系统本钱，为买卖化应用扫清断绝。"

盘考团队成员还包括电子工程与计较机科学系盘考生 Daniel Sheen、Xibi Chen、T.J. Rodgers RLE 实验室常务董事 Steven F. Nagle，以及电子工程与计较机科学系副西宾、太赫兹集成电子盘考组负责东谈主 Ruonan Han 等。该盘考效果将在行将举行的 IEEE 海外固态电路会议（ISSCC）上崇拜发表。

搞定太赫兹波传输瓶颈

在电磁波谱中，太赫兹波介于无线电波和红外光之间，这种"黄金波段"具备双重上风，比拟传统无线电波，其更高频段特点可竣事每秒海量数据传输；相较于红外光，它又能安全穿透更多种类的物资。这些特点使其在高速通讯、无损检测等领域极具应用后劲。

现在主流的太赫兹波生成决议是通过 CMOS 芯片构建的放大倍频链，该链路将无线电波迟缓进步频直露至投入太赫兹范围。

理念念现象下，这些高频电磁波会穿过硅芯片，最终从后面辐照到空气中。研究词，现及时时存在"临了一公里"的传输逆境，问题的要津卡在了硅与空气的交壤处。

究其原因，主如若两种介质的介电常数各异。介电常数决定着电磁波与材料的相互作用方法，径直影响电磁波的经受、反射与透射比例。

由于硅材料的介电常数远远高于空气，当太赫兹波抵达硅 - 空气界面时会像撞上"电磁反射墙"般被弹回，仅有少部分能穿透到空气中。这一能量损耗难题，迫使现存本领不得不依赖硅透镜来增强和放大残余信号的功率。

这次，麻省理工学院的团队别有肺肠，从经典电磁学表面中找到糟蹋口。他们引入"介电常数匹配"旨趣，在芯片后面附着一层衰竭瞎想的超薄材料，以此来均衡硅和空气的介电常数。

这种材料犹如电磁波传输的"缓冲带"，其介电常数精准介于硅与空气之间，酿成渐进式过渡，从而最小化在规模处被反射的信号量。

通过这种梯度瞎想，太赫兹波在穿越不同介质时的反射率显贵缩短，何况还不错幸免使用艰苦且精粹的硅透镜，使所有这个词这个词系统愈加紧凑高效。

低本钱工艺竣事范围化量产

为竣事太赫兹芯片的范围化量产，领先，盘考东谈主员采用了一种低本钱且市面上可买到的基板材料，其介电常数相等接近他们所需的匹配值。

为了进一步进步性能，他们使用激光切割机在基板名义打了很多轻细的孔，通过调整孔隙率将合座介电常数精准调控至主义值。

对此，王金辰形象地评释谈，"就像在混凝土中掺入气泡酿成轻质砖，咱们通过精密计较孔洞散播，让基板的电磁特点完满适配硅与空气的过渡需求。因为空气的介电常数是 1，在薄片上切出一些亚波长的小孔，就终点于注入了一些空气，从而缩短了所有这个词这个词匹配薄片的介电常数。"

随后，他们还使用英特尔开发的衰竭晶体管瞎想了芯片，这些晶体管的最大频率和击穿电压高于传统的 CMOS 晶体管。

"更刚毅的晶体管和介电薄片，这两者的勾通再加上其他一些小立异，使咱们的开导性能跳跃了其他几种现存开导。"他说谈。

实验数据走漏，该芯片生成的太赫兹信号峰值辐照功率达到了 11.1 分贝毫瓦，是现在先进本领中较高的功率数值。更要津的是，由于这种低本钱芯片不错大范围制造，它更容易集成到履行的电子开导中。

在攻克本领难题后，团队将要点转向产业化适配。传统 CMOS 瞎想法度在太赫兹频段际遇严峻挑战，高频运作带来的散热问题与功率密度末端成为量产瓶颈。"由于频率和功率齐相等高，很多用于瞎想 CMOS 芯片的要领要领在这里齐不适用。"王金辰指出。

此外，盘考东谈主员还需要瞎想一种不错在现存工场中大范围应用的安装匹配片材的本领。

磋商将来，他们但愿通过制造一个基于 CMOS 的太赫兹源相控阵列来考据这种可扩张性，这么就不错用低本钱、紧凑型开导竣事对刚毅太赫兹波束的戒指和聚焦。

这项盘考部分得回了好意思国国度航空航天局喷气鼓吹实验室和大学盘考伙伴缱绻开云体育(中国)官方网站，以及麻省理工学院集成电路和系统中心的复旧。此外，该盘收用使用的芯片是通过英特尔大学航天飞机容貌（Intel University Shuttle Program）制造的。