新型太赫兹波系统实现更高辐射功率

科技日报北京2月24日电 （记者张佳欣）美国麻省理工学院网站日前发布消息称，该学院的研究团队开发出一种基于芯片的太赫兹放大器-倍增器系统。该系统克服了现有技术限制，无需硅透镜即可实现更高的辐射功率。

太赫兹波长比无线电波更短、频率更高，利用这种波可实现更快的数据传输速度、更精确的医学成像效果和更高分辨率的雷达系统。然而，要在半导体芯片上有效生成太赫兹波很困难。

目前生成太赫兹波技术大多采用体积庞大且价格昂贵的硅透镜，否则无法产生足够辐射功率以供实际应用。但硅透镜往往比芯片本身还要大，这使得太赫兹波源难以集成到电子设备中。

生成太赫兹波还有一种方式是利用互补金属氧化物半导体芯片的放大器-倍增器链，它能将无线电波的频率增加到太赫兹范围。为了达到最佳性能，波会穿过硅芯片并最终从背面发射到空气中。然而，一个名为介电常数的特性阻碍了波的平稳传输。

介电常数影响电磁波与材料的相互作用，会影响被吸收、反射或传输的辐射量。由于硅的介电常数远高于空气，因此大多数太赫兹波会在硅-空气边界处被反射，而非顺利地从背面发射出去。

此次，团队利用了被称为“匹配”的机电理论，试图平衡硅和空气的介电常数，使边界处反射的信号量最小化。他们在芯片背面贴了一张薄且带图案的材料片。有了它作为匹配片，大多数波都将从背面发射出去。他们还使用英特尔开发的特殊晶体管制造芯片，这些晶体管的最高频率和击穿电压均高于传统互补金属氧化物晶体管。最终，他们制造出了一种更高效且可扩展的基于芯片的太赫兹波发生器。

芯片产生的太赫兹信号峰值辐射功率为11.1分贝毫瓦，在现有技术中处于领先地位。由于这种低成本芯片可大规模制造，因此更容易集成到现有电子设备中，例如应用于检测隐藏物体的改进型安检扫描仪，或用于精确定位空气中的污染物的环境监测器等。