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DARPA太赫茲放大器列入金氏世界紀錄

上網時間: 2014年11月06日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:太赫茲電子技術  金氏世界紀錄  太赫茲放大器  功率放大器  次毫米波頻譜 

美國國防部先進研究計劃署(DARPA)的「太赫茲電子技術」(Terahertz Electronics)計劃及其承商Northrop Grumman公司最近獲得「金氏世界紀錄」(Guinness World Records)認證:突破以往的速度限制,開發出全世界第一個太赫茲(THz)放大器。

「獲獎的最高頻率放大器每秒約可實現1兆次作業,這是由Northrop Grumman製造以及由NASA贊助,」金氏世界紀錄評判員Philip Robertson表示。

全世界第一台太赫茲功率放大器
DARPA委託Northrop Grumman製造出全世界第一台太赫茲功率放大器。該放大器可望為次毫米波頻譜開啟更多的新研究領域與創新應用。
(來源:Northrup Grumman)

金氏世界紀錄已經正式將Northrop Grumman為DARPA太赫茲電子技術計劃開發的太赫茲單晶片積體電路(TMIC)列入最快速的固態放大器世界紀錄了。這款10級的共源類比放大器能以1,012GHz(即1.012THz)的速度作業,比2012年時開發的現有世界紀錄——850GHz的放大器更快1,500次工作週期。

DARPA總監Arati Prabhakar表示,「我們對於Northrop Grumman這項突破所開啟的新機會及其所能實現的所有技術感到振奮。DARPA持續在許多領域為通訊技術組成播種,例如在手機方面,利用微波基地台在彼此間進行的所有通訊能力都可以追溯到DARPA。」

Prahakar預測,許多目前想像不到的類似創新最終都將來自於太赫茲通訊能力。除了美國以外,這一頻率範圍目前未被使用,因此仍十分寬廣,可望為DARPA的未來計劃帶來創新無限。

DARPA/Northrop Grumman的合作是一項三階段的五年計劃,每一階段的任務完成象徵著面臨更大的挑戰。Northrop Grumman瞭解到的第一件事就是磷化銦電晶體對於實現高頻系統至關重要。

太赫茲頻率範圍介於RF和光的頻率之間,通常定義在300GHz-3Thz頻率範圍。隨著頻率增加,波長的尺寸以及電晶體的尺寸持續微縮。目前,機場的全身掃描儀即作業於毫米波頻率範圍。但是,DARPA計劃分三個階段探索次毫米波波長範圍,第一階段目標是670GHz、第二階段是850GHz以及最終目標即在於1.03THz。

「我們鎖定這些頻率是因為這些都是以大氣為傳輸窗口,」DARPA太赫茲電子技術計劃經理Dev Palmer表示,「我們有兩條研究路線,一是基於真空電子,另一條則著重於磷化銦電晶體——透過結合這兩項技術,就能取得打造在這些頻率下作業的接收器與傳輸器所需的所有技術。」根據Palmer表示,從850GHz-1.03THz,反而成為最艱鉅的挑戰。

「雖然只是增加了20%,但卻提升超過了150 GHz——這相當於目前美國軍隊所用總頻譜的四倍。但有時你必須看得更遠,」Palmer強調,「Thz電晶體所能取得的最大增益是9dB,它已經達到打造實際應用的程度了。」

事實上,太赫茲範圍比RF範圍更快500倍,或者可說比手機微波頻率(2GHz)更快500倍。在接下來的五年內,DARPA計劃贊助另一項可使頻率提高3倍達到3THz的計劃,以便涵蓋整個範圍。 「這意味著在未來十年內,我們將可涵蓋至整個太赫茲頻譜範圍,」Palmer說。

同時,DARPA還將贊助另一組研究團隊,他們將會把作業於太赫茲範圍內的通訊設備(傳輸機與接收機)整合在一起。Palmer還提出三種短期內的應用:可實現超高資料速率通訊,而無需複雜的調變機制;高解析度成像取代牙科用X光射線以及診斷皮膚灼傷;先進的光譜技術,可鑑定危險的化學物質以及具有強烈旋轉共振的材料。太赫茲頻率還可用於改善防撞雷達系統。

目前世界上最快的磷化銦電晶體在材料層厚度、閘極長度以及其他的電晶體特性方面都已經極度微縮了,尺寸縮小到相當於一粒鹽的大小。其晶圓厚度也已經薄到僅有18微米,相當於人類頭髮直徑的一半,而其閘極長度也僅有25nm,因而都必須採用電子束(E-beam)微影技術實現。

「上變頻器和下變頻器目前均已證實可在850GHz頻率作業了,」Northrop Grumman Aerospace Systems太赫茲電子技術計劃經理Bill Deal表示。

更高的頻率可望使通訊通道走出擁擠的RF範圍以及實現極低功耗,但遺憾的是所能涵蓋的距離仍短,不過,Northrup Grumman樂觀表示很快地將可突破這一範圍限制。

編譯:Susan Hong

(參考原文:DARPA Gets Guinness Record for World's First THz Amp,by R. Colin Johnson)





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