突破性晶片技術：太赫茲波的未來應用

太赫茲波，這種波長比無線電波更短、頻率更高的電磁波，被視為未來科技的關鍵。它不僅能實現更快速的資料傳輸，還能提供更精確的醫療影像和更高解析度的雷達系統。然而，如何在半導體晶片上有效生成太赫茲波，並將其整合到電子裝置中，一直是個棘手的難題。現有的技術往往需要依賴笨重且昂貴的矽透鏡，才能產生足夠的輻射功率，這使得太赫茲波源的整合變得困難重重。

為瞭解決這些限制，麻省理工學院（MIT）的研究團隊開發了一種全新的太赫茲放大器-倍頻器系統。這項技術不僅能提供更高的輻射功率，還完全不需要使用矽透鏡。研究人員在晶片背面貼上一層薄薄的圖案化材料，並採用更高功率的Intel電晶體，成功打造出一個更高效且可擴充套件的晶片式太赫茲波生成器。這種緊湊的晶片未來可應用於多種領域，例如更先進的安全掃描器，用於偵測隱藏物體，或是環境監測系統，精準定位空氣中的汙染物。

「要充分發揮太赫茲波源的潛力，我們需要它具備可擴充套件性。一個太赫茲陣列可能包含數百個晶片，而這些晶片的高密度整合使得矽透鏡無處可放。我們需要一種不同的封裝方式，而我們的研究展示了一種極具潛力的方法，可用於低成本、可擴充套件的太赫茲陣列。」該研究的主要作者、電機工程與電腦科學系（EECS）的研究生Jinchen Wang如此表示。

太赫茲波位於電磁波譜中無線電波與紅外線之間。其高頻率特性使其能比無線電波傳輸更多資訊，同時又能安全穿透比紅外線更廣泛的材料。生成太赫茲波的一種方法是透過CMOS晶片上的放大器-倍頻器鏈，將無線電波的頻率逐步提升至太赫茲範圍。然而，矽的介電常數遠高於空氣，這導致大部分太赫茲波在矽與空氣的邊界被反射，而非順利傳輸出去。為瞭解決這個問題，MIT的研究團隊採用了「匹配」理論，透過在晶片背面貼上一層介電常數介於矽與空氣之間的材料，大幅減少了訊號的反射損失。

研究團隊選擇了一種低成本、市售的基板材料，並使用雷射切割技術在材料上打出微小孔洞，以精確調整其介電常數。此外，他們還採用了Intel開發的特殊電晶體，這些電晶體具有更高的最大頻率和崩潰電壓，進一步提升了晶片的效能。結合這些創新，他們的晶片成功生成了峰值輻射功率達11.1分貝毫瓦的太赫茲訊號，這在現有技術中表現最為優異。

開發可擴充套件晶片的最大挑戰之一，是如何在生成太赫茲波時管理功率和溫度。「由於頻率和功率都非常高，許多標準的CMOS晶片設計方法在這裡並不適用。」Wang解釋道。未來，研究團隊計劃展示這項技術的可擴充套件性，透過製造CMOS太赫茲源的相位陣列，實現低成本、緊湊裝置中的太赫茲波束操控與聚焦。