Учені вигадали диво-чип, який назавжди змінить електроніку: як він працює

Нове дослідження Массачусетського технологічного інституту виявило рішення на основі чипа, яке може зробити терагерцові хвилі доступнішими, ніж будь-коли. Про це пише Interesting Engineering.

Вчені знають про терагерцові хвилі вже багато років. Ці хвилі можуть забезпечити зв'язок з високою пропускною спроможністю, надшвидку передачу даних, розширену медичну візуалізацію і точний моніторинг навколишнього середовища. Крім того, здатність проникати в різні матеріали без шкідливого випромінювання робить їх цінними для перевірки безпеки, контролю якості в промисловості та хімічного зондування. Однак досі було складно використовувати потенціал цих хвиль в електронних пристроях через кілька технологічних обмежень.

На терагерцові (THz) хвилі впливає діелектрична константа, міра того, наскільки добре матеріал може зберігати і сповільнювати електричне поле. Що нижча ця константа, то плавніші терагерцові хвилі можуть проходити через матеріал. На жаль, кремній, який є ключовим матеріалом у чипах та електронних схемах, має високу діелектричну проникність.

Загальним підходом до поліпшення передачі хвиль THz є використання кремнієвих лінз, які фокусуються і підсилюють потужність хвилі. Ці об'єктиви не тільки генерують терагерцові хвилі, а й підвищують свою випромінювальну потужність, що дає їм змогу долати великі відстані.

Проте, є підступ. Через їхній розмір і вартість силіконові лінзи не можуть бути інтегровані з електронними чипами. Тому не можна використовувати терагерцові хвилі, що генеруються цими лінзами, для передачі даних або будь-яких інших електронних цілей.

Команда Массачусетського технологічного інституту розробила новий метод для поліпшення проходу терагерцових хвиль через кремнієві чипи. Як згадувалося раніше, значна частина цих хвиль відбивається через невідповідність між властивостями кремнію і повітря, що призводить до втрати сигналу. Щоб вирішити цю проблему, дослідники застосували принцип, званий зіставленням, який включає в себе зменшення різниці між кремнієм (діелектрична постійна 11) і повітрям (діелектрична постійна 1), щоб через нього можна було пройти більше хвиль.

Спочатку вони поклали тонкий лист матеріалу на задню частину чіпа. Цей лист мав властивості, які допомогли подолати розрив між кремнієм і повітрям, дозволяючи більшій кількості хвиль проходити, а не відбиватися. Потім вони використовували лазерний різак для створення мікроскопічних отворів у аркуші, регулюючи його властивості так, щоб він ефективніше відповідав хвилям THz. Нарешті, вони включили високочастотні транзистори, розроблені Intel, які поліпшили генерацію і передачу хвиль THz.

Також повідомлялося, що японська компанія AGC у співпраці з NTT Docomo розробила нову скляну антену WAVEAntenna, яка може перетворити скляні вікна на базові станції для підключення 5G.