Первый в мире интегральный усилитель, работающий в диапазоне терагерцовых волн, был недавно разработан, изготовлен и испытан сотрудниками лаборатории Terahertz Laboratory известной американской оборонной компании Northrop Grumman. Дальнейшее совершенствование разработанной терагерцовой технологии может привести к появлению нового класса электронных компонентов, которые станут основой более быстрых коммуникационных систем, радарных систем с высокой разрешающей способностью, для которых не служит препятствием ни дым, ни туман, ни дождь, ни снег. Кроме этого, на базе новых компонентов можно будет создавать высокочувствительные и высокоточные химические анализаторы, детекторы, способные обнаруживать и идентифицировать даже самые малые концентрации опасных химических соединений.
“Нам, наконец, удалось добиться стабильной работы нашего устройства в терагерцовом диапазоне” – рассказывает Билл Дил (Bill Deal), исследователь из лаборатории Terahertz Laboratory, который вместе с его коллегами выполняет работы в рамках программы Управления перспективных исследовательских программ Пентагона DARPA под названием Terahertz Electronics. О своем достижении представители компании Northrop Grumman объявили на пресс-конференции, состоявшейся на прошлой неделе, а буквально недавно комитет Книги мировых рекордов Гиннеса признал разработанный усилитель самой быстрой в мире на сегодняшний день полупроводниковой схемой.
Терагерцовый диапазон – это область электромагнитного спектра, лежащая в промежутке между инфракрасным светом и радиоволнами. Начало диапазона находится на отметке 300 ГГц, а конец – на отметке 3 ТГц. Излучение терагерцового диапазона известно своей высокой проникающей способностью, оно, не затрагивая процессы ядерного резонанса и излучения, способно проходить через множество материалов, и с его помощью можно спектроскопическим методом идентифицировать химические вещества, соединения и даже болезнетворные микроорганизмы. Но, увы, широкому распространению терагерцовых технологий мешало и мешает по сей день отсутствие источников и приемников, имеющих необходимые характеристики и работающих в данной области спектра.
Исследователи из лаборатории Terahertz Laboratory уверены, что появления чудес, которые способны предоставить людям терагерцовые волны, осталось ждать уже совсем недолго. Созданный ими усилитель демонстрирует усиление 10 децибелов на частоте 1 ТГц и 9 децибелов на частоте 1.3 ТГц. “Наличие усиления в 10 децибелов уже позволяет думать о создании реальных работоспособных электронных схем, работающих в терагерцовом диапазоне” – рассказывает Дев Палмер (Dev Palmer), руководитель программы Terahertz Electronics со стороны DARPA, – “Достижение таких рабочих частот, по сравнению с частотами на которых работают мобильные телефоны, к примеру, походе на ускорение автомобиля со скорости 100 км/ч до скорости более чем 52 тысячи км/ч”.
Интегральная схема усилителя составлена из транзисторов, изготовленных из фосфида индия, структура которых обеспечивает крайне высокую подвижность электронов в их канале. Кроме этого, для работы на сверхвысоких частотах схема учитывает все особенности диапазона, длина проводников по которым движется заряд управляющего сигнала, заполняющего емкость затвора этих транзисторов, составляет всего 25 нанометров, а толщина подложки, на которой собрана вся схема усилителя, составляет 18 микрон. “Для работы в области более низких частот такие транзисторы достаточно велики, поэтому их весьма просто изготавливать с высокой точностью при помощи существующих технологий производства” – рассказывает Палмер, – “А согласно техническим требованиям для работы в терагерцовом диапазоне точность изготовления элементов схем имеет одно из самых важных значений”.
Разработка терагерцового усилителя является третьим этапом программы компании Northrop Grumman. Не первых двух этапах инженеры компании изготовили полные приемо-передатчики, работающие на частотах в 670 и 850 ГГц. Созданные ими в последнее время компоненты хоть и работают на частотах в 1 ТГц, но они являются отдельными компонентами из которых можно будет собрать законченные устройства, хотя для этого придется очень сильно постараться.