メタ構造により 6G 向けの THz チップが可能になります...

EPFL 工学部パワーおよびワイドバンドギャップ エレクトロニクス研究室 (POWERlab) のエリソン マティオリ氏は、高速化のためにデバイスを小型化するのではなく、メタ構造を使用して 200 GHz ～ 20 THz の周波数を実現してきました。

「ますます小型のデバイスについて記述された新しい論文が発表されていますが、窒化ガリウムで作られた材料の場合、周波数の点で最良のデバイスはすでに数年前に発表されています」とマティオリ氏は言います。 「デバイスのサイズが小さくなるにつれて、根本的な制限に直面するため、これ以上のものはありません。 これは使用される素材に関係なく当てはまります。」

メタ構造は、窒化ガリウムと窒化インジウムガリウムで作られた半導体上にサブ波長の距離でエッチングされ、パターン化されます。 これらにより、デバイス内の電場を制御できるようになり、自然界では発生しない異常な特性が得られます。

EPFLの研究者であり、Nature誌の論文の筆頭著者でもあるSamizadeh Nikoo氏は、「微視的なスケールで無線周波数場を操作することで、積極的なダウンスケーリングに頼ることなく、電子デバイスの性能を大幅に向上できることがわかりました」と述べた。

テラヘルツ周波数は現在の電子機器で管理するには速すぎ、光学用途には遅すぎるため、この範囲は「テラヘルツギャップ」と呼ばれることがよくあります。 サブ波長メタ構造を使用してテラヘルツ波を変調することは、光学の世界から生まれた技術です。 しかし、POWERlab の方法では、光学的アプローチとは異なり、電子制御が可能です。

「私たちのエレクトロニクスベースのアプローチでは、誘導高周波を制御する能力は、サブ波長のパターン化された接点と、印加電圧による電子チャネルの制御の組み合わせから生まれます。 これは、電子を誘導する（または誘導しない）ことによって、メタデバイス内の集合的な効果を変更できることを意味します」とマティオリ氏は言います。

POWERlab のメタデバイスは、20 ボルトを超えるブレークダウン電圧で 20 THz に達することができます。 これにより、現在可能であるよりもはるかに大きな電力と周波数でのテラヘルツ信号の送信と変調が可能になります。

「この新技術は、半導体製造における既存のプロセスと互換性があるため、超高速通信の未来を変える可能性があります。 私たちはテラヘルツ周波数で毎秒最大 100 ギガビットのデータ伝送を実証しましたが、これはすでに現在の 5G の 10 倍です」とニコオ氏は述べています。

次のステップは、テラヘルツ回路に統合できる他の電子部品を開発することです。

この論文は www.nature.com/articles/s41586-022-05595-z にあります。

カリフォルニアの UCLA の研究者らは、センシングおよびイメージング用途向けに、完全に統合されたテラヘルツ (THz) コム/パルス放射器と広帯域周波数コム ヘテロダイン受信機も開発し、研究機関に提供しています。

このチップセットは、GlobalFoundries 90 nm SiGe BiCMOS プロセスで製造されています。 コムラジエーターは、PIN ダイオードのシャープな逆回復を利用して、THz 周波数コム/パルスを生成します。 放射パルスの繰り返しレートは、安定したオフチップソースにロックされており、15 GHz まで調整できます。

オンチップ発振器ではなく、低位相ノイズのオフチップ電源を使用することにより、低位相ノイズと高周波数の安定性が実現されます。 405 GHz トーンの位相ノイズは、10 kHz のオフセット周波数で -82 dBc ですが、放射トーンは、測定された EIRP が -11、-15、および -36 の VDI SAX モジュールを使用して 220 GHz から最大 1.1 THz まで特性化されています。それぞれ 405、500、750 GHz での dBm。

THz 周波数コム検出器は、ショットキー バリア ダイオード パッシブ ミキサーを局部発振器として使用し、コムの間隔を 100 MHz から最大 15 GHz までの分解能で調整することで、ミリ波/THz 帯域の任意のスペクトルをヘテロダイン検出します。 2Hz。

受信機チップは 220 GHz から 500 GHz までの特性があり、測定された NF は 270、405、および 495 GHz でそれぞれ 24.5、36、および 44 dB です。 ラジエーターチップとレシーバーチップがそれぞれ 40 mW と 38 mW の DC 電力を消費するため、ラジエーターチップとレシーバーチップを使用するデュアルコム技術は、デュアルコムセンシングアプリケーションにコンパクトで低コストのソリューションを提供します。