Ученые придумали чудо-чип, который навсегда изменит электронику: как он работает

Новое исследование Массачусетского технологического института выявило решение на основе чипа, которое может сделать терагерцовые волны более доступными, чем когда-либо. Об этом пишет Interesting Engineering.

Ученые знают о терагерцовых волнах уже много лет. Эти волны могут обеспечить связь с высокой пропускной способностью, сверхбыструю передачу данных, расширенную медицинскую визуализацию и точный мониторинг окружающей среды. Кроме того, способность проникать в различные материалы без вредного излучения делает их ценными для проверки безопасности, контроля качества в промышленности и химического зондирования. Однако до сих пор было сложно использовать потенциал этих волн в электронных устройствах из-за нескольких технологических ограничений.

На терагерцовые (THz) волны влияет диэлектрическая постоянная, мера того, насколько хорошо материал может хранить и замедлять электрическое поле. Чем ниже эта константа, тем более плавные терагерцовые волны могут проходить через материал. К сожалению, кремний, который является ключевым материалом в чипах и электронных схемах, имеет высокую диэлектрическую проницаемость.

Общим подходом к улучшению передачи волн THz является использование кремниевых линз, которые фокусируются и усиливают мощность волны. Эти объективы не только генерируют терагерцовые волны, но и повышают свою излучающею мощность, что позволяет им преодолевать большие расстояния.

Тем не менее, есть подвох. Из-за их размера и стоимости силиконовые линзы не могут быть интегрированы с электронными чипами. Поэтому нельзя использовать терагерцовые волны, генерируемые этими линзами, для передачи данных или любых других электронных целей.

Команда Массачусетского технологического института разработала новый метод для улучшения прохода терагерцовых волн через кремниевые чипы. Как упоминалось ранее, значительная часть этих волн отражается из-за несоответствия между свойствами кремния и воздуха, что приводит к потере сигнала. Чтобы решить эту проблему, исследователи применили принцип, называемый сопоставлением, который включает в себя уменьшение разницы между кремнием (диэлектрическая постоянная 11) и воздухом (диэлектрическая постоянная 1), чтобы через него можно было пройти больше волн.

Сначала они положили тонкий лист материала на заднюю часть чипа. Этот лист обладал свойствами, которые помогли преодолеть разрыв между кремнием и воздухом, позволяя большему количеству волн проходить, а не отражаться. Затем они использовали лазерный резак для создания микроскопических отверстий в листе, регулируя его свойства так, чтобы он более эффективно соответствовал волнам THz. Наконец, они включили высокочастотные транзисторы, разработанные Intel, которые улучшили генерацию и передачу волн THz.

Также сообщалось, что японская компания AGC в сотрудничестве с NTT Docomo разработала новую стеклянную антенну WAVEAntenna, которая может превратить стеклянные окна в базовые станции для подключения 5G.