메타구조를 통해 6G용 THz 칩이 가능해졌습니다.

더 높은 속도를 얻기 위해 장치를 더 작게 만드는 대신 EPFL 공과대학 전력 및 광대역 간격 전자 연구실(POWERlab)의 Elison Matioli는 메타구조를 사용하여 200GHz~20THz의 주파수를 달성해 왔습니다.

"더 작고 작은 장치를 설명하는 새로운 논문이 나오지만 질화갈륨으로 만든 재료의 경우 주파수 측면에서 가장 좋은 장치는 이미 몇 년 전에 발표되었습니다."라고 Matioli는 말합니다. “이후에는 정말 더 좋은 것이 없습니다. 기기 크기가 줄어들면서 근본적인 한계에 직면하기 때문입니다. 이는 사용된 재료에 관계없이 사실입니다.”

메타구조는 갈륨 질화물과 인듐 갈륨 질화물로 만들어진 반도체 위에 파장 이하 거리에서 식각되고 패턴화됩니다. 이를 통해 장치 내부의 전기장을 제어할 수 있어 자연에서는 발생하지 않는 특별한 특성을 얻을 수 있습니다.

EPFL 연구원인 Samizadeh Nikoo와 Nature 지의 논문 제1저자는 “우리는 미세한 규모로 무선 주파수 장을 조작하면 공격적인 축소에 의존하지 않고도 전자 장치의 성능을 크게 향상시킬 수 있다는 것을 발견했습니다.”라고 말했습니다.

테라헤르츠 주파수는 현재 전자 장치가 관리하기에는 너무 빠르고 광학 응용 분야에서는 너무 느리기 때문에 이 범위를 '테라헤르츠 간격'이라고 부르는 경우가 많습니다. 테라헤르츠파를 변조하기 위해 파장 이하 메타구조를 사용하는 것은 광학 세계에서 나온 기술입니다. 그러나 POWERlab의 방법은 광학적 접근 방식과 달리 전자 제어가 가능합니다.

“우리의 전자 기반 접근 방식에서 유도된 무선 주파수를 제어하는 ​​능력은 하위 파장 패턴 접촉과 인가된 전압을 사용한 전자 채널 제어의 조합에서 비롯됩니다. 이는 전자를 유도하거나 유도하지 않음으로써 메타장치 내부의 집합적 효과를 변경할 수 있음을 의미합니다.”라고 Matioli는 말합니다.

POWERlab의 메타장치는 20V 이상의 항복 전압으로 20THz에 도달할 수 있습니다. 이를 통해 현재 가능한 것보다 훨씬 더 큰 전력과 주파수로 테라헤르츠 신호를 전송하고 변조할 수 있습니다.

“이 신기술은 기존 반도체 제조 공정과 호환되므로 초고속 통신의 미래를 바꿀 수 있습니다. 우리는 테라헤르츠 주파수에서 초당 최대 100기가비트의 데이터 전송을 시연했는데, 이는 이미 현재 5G에서 제공하는 것보다 10배 더 높은 것입니다.”라고 Nikoo는 말했습니다.

다음 단계는 테라헤르츠 회로에 통합할 준비가 된 다른 전자 부품을 개발하는 것입니다.

논문은 www.nature.com/articles/s41586-022-05595-z에 있습니다.

캘리포니아 UCLA 연구원들은 또한 연구실에 제공하는 감지 및 이미징 애플리케이션을 위한 완전히 통합된 테라헤르츠(THz) 빗살/펄스 방사기와 광대역 주파수 빗 헤테로다인 수신기를 개발했습니다.

칩셋은 GlobalFoundries 90nm SiGe BiCMOS 공정으로 제작되었습니다. 콤 라디에이터는 핀 다이오드 날카로운 역회복을 활용하여 THz 주파수 콤/펄스를 생성합니다. 방사되는 펄스의 반복 속도는 안정적인 오프칩 소스에 고정되며 최대 15GHz까지 조정될 수 있습니다.

온칩 발진기가 아닌 저위상 잡음 오프칩 소스를 사용함으로써 낮은 위상 잡음과 고주파수 안정성이 달성됩니다. 405GHz 톤의 위상 잡음은 10kHz 오프셋 주파수에서 -82dBc인 반면, 방사 톤은 측정된 EIRP가 -11, -15, -36인 VDI SAX 모듈을 사용하여 220GHz에서 최대 1.1THz까지 특성화되었습니다. 각각 405, 500, 750GHz에서 dBm.

THz 주파수 콤 감지기는 다음과 같은 분해능으로 100MHz에서 최대 15GHz까지 콤의 간격을 조정하여 mm파/THz 대역의 임의 스펙트럼의 헤테로다인 감지를 위한 로컬 발진기로 쇼트키 배리어 다이오드 패시브 믹서를 사용합니다. 2Hz.

수신기 칩은 270, 405, 495GHz에서 각각 측정된 NF가 24.5, 36, 44dB인 220~500GHz의 특성을 갖습니다. 라디에이터 및 수신기 칩을 사용하는 이중 콤 기술은 라디에이터 및 수신기 칩이 각각 40mW 및 38mW의 DC 전력을 소비하므로 이중 콤 감지 애플리케이션을 위한 소형 저가형 솔루션을 제공합니다.