Ученые создали интегрированную терагерцовую систему на чипе, совместимую со стандартным... — 20 июля 2026 г. в 10:57:26.871
Ученые создали интегрированную терагерцовую систему на чипе, совместимую со стандартным полупроводниковым производством Терагерцовый диапазон, может обеспечить более быструю передачу данных и новые технологии визуализации, но создание практических систем оказалось крайне сложной задачей. Несмотря на десятилетия исследований, терагерцовые системы по большей части остаются в лабораториях, поскольку оборудование, необходимое для генерации, обработки и обнаружения этих сигналов, зачастую громоздкое, дорогое и плохо масштабируемое. Исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) продемонстрировали практический подход к преодолению этого препятствия, объединив многие из этих функций в одном полупроводниковом чипе. Вместо того чтобы разрабатывать совершенно новые материалы, исследователи сосредоточились на квантовых ямах — чрезвычайно тонких полупроводниковых слоях, которые уже широко используются в фотонных интегральных схемах. В течение многих лет многие исследователи считали, что квантовые ямы не смогут обеспечить эффективную работу на терагерцовых частотах, поскольку электроны могут слишком долго оставаться внутри структуры. Команда Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе доказала обратное. Измерения показали, что электроны покидают квантовые ямы менее чем за триллионную долю секунды, что достаточно быстро для работы на терагерцовой частоте. Это открытие помогло утвердить квантовые ямы в качестве жизнеспособной основы для интегрированных терагерцовых устройств. Исследователи использовали PIN-фотодиоды на квантовых ямах, изготовленные из арсенида галлия и арсенида алюминия-галлия (GaAs/AlGaAs). Они продемонстрировали, что эти структуры могут генерировать и детектировать терагерцовые сигналы посредством процесса, известного как межзонное фотосмешение с усилением. Принцип работы системы относительно прост. Два лазерных луча с немного различающимися частотами направляются на устройство с квантовыми ямами. Когда световые волны накладываются друг на друга, они создают электрические колебания, равные разнице между частотами двух лазеров. Если эта частота попадает в терагерцовый диапазон, устройство генерирует терагерцовый сигнал. Та же структура может работать и в обратном направлении, с высокой чувствительностью обнаруживая входящие терагерцовые волны. «В прототипе, изготовленном на подложке PIC с квантовыми ямами из арсенида галлия и алюминия-галлия, мы продемонстрировали перестраиваемую по частоте генерацию и обнаружение терагерцового излучения в диапазоне 100–500 ГГц, добившись как более высокой эффективности генерации терагерцового излучения, так и повышенной чувствительности его обнаружения», — отмечают авторы исследования. Исследователи еще больше повысили производительность, интегрировав полупроводниковый оптический усилитель в тот же чип. Это увеличило эффективность генерации терагерцового излучения примерно на порядок, при этом снизив требуемую для работы оптическую мощность. Эта работа легла в основу того, что команда называет платформой монолитно-интегрированной терагерцовой оптоэлектроники (Monolithically Integrated Terahertz Optoelectronics, MITO). Платформа предназначена для размещения источников, детекторов, усилителей, модуляторов и других фотонных компонентов на общей полупроводниковой подложке с использованием методов производства, уже совместимых с коммерческими фотонными производствами. #новостиэлектроники