టెరాహెర్ట్జ్ తరంగాల కోసం చిప్-ఆధారిత వ్యవస్థ మరింత సమర్థవంతమైన, సున్నితమైన ఎలక్ట్రానిక్స్ను అనుమతిస్తుంది

కానీ ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాల్లో చేర్చడానికి అవసరమైన సెమీకండక్టర్ చిప్ ఉపయోగించి టెరాహెర్ట్జ్ తరంగాలను సమర్థవంతంగా ఉత్పత్తి చేయడం చాలా కష్టం.

అనేక ప్రస్తుత పద్ధతులు స్థూలమైన మరియు ఖరీదైన సిలికాన్ లెన్స్‌లను ఉపయోగించుకోకపోతే ఉపయోగకరమైన అనువర్తనాల కోసం తగినంత రేడియేటింగ్ శక్తితో తరంగాలను ఉత్పత్తి చేయలేవు. అధిక రేడియేటింగ్ శక్తి టెరాహెర్ట్జ్ సిగ్నల్స్ ఎక్కువ దూరం ప్రయాణించడానికి అనుమతిస్తుంది. చిప్ కంటే పెద్దవిగా ఉండే ఇటువంటి లెన్సులు, టెరాహెర్ట్జ్ మూలాన్ని ఎలక్ట్రానిక్ పరికరంలో అనుసంధానించడం కష్టతరం చేస్తాయి.

ఈ పరిమితులను అధిగమించడానికి, MIT పరిశోధకులు టెరాహెర్ట్జ్ యాంప్లిఫైయర్-మల్టీప్లియర్ వ్యవస్థను అభివృద్ధి చేశారు, ఇది సిలికాన్ లెన్స్‌ల అవసరం లేకుండా ఉన్న పరికరాల కంటే అధిక రేడియేటింగ్ శక్తిని సాధిస్తుంది.

చిప్ వెనుక భాగంలో సన్నని, నమూనా పదార్థాల షీట్‌ను అతికించడం ద్వారా మరియు అధిక-శక్తి ఇంటెల్ ట్రాన్సిస్టర్‌లను ఉపయోగించడం ద్వారా, పరిశోధకులు మరింత సమర్థవంతమైన, ఇంకా స్కేలబుల్, చిప్-ఆధారిత టెరాహెర్ట్జ్ వేవ్ జనరేటర్‌ను ఉత్పత్తి చేశారు.

వాయుమార్గాన కాలుష్య కారకాలను గుర్తించడానికి దాచిన వస్తువులను లేదా పర్యావరణ మానిటర్లను గుర్తించడానికి మెరుగైన సెక్యూరిటీ స్కానర్లు వంటి అనువర్తనాల కోసం టెరాహెర్ట్జ్ శ్రేణులను తయారు చేయడానికి ఈ కాంపాక్ట్ చిప్‌ను ఉపయోగించవచ్చు.

“టెరాహెర్ట్జ్ వేవ్ సోర్స్ యొక్క పూర్తి ప్రయోజనాన్ని పొందడానికి, ఇది స్కేలబుల్ కావాల్సిన అవసరం ఉంది. టెరాహెర్ట్జ్ శ్రేణికి వందలాది చిప్స్ ఉండవచ్చు, మరియు సిలికాన్ లెన్స్‌లను ఉంచడానికి స్థలం లేదు, ఎందుకంటే చిప్స్ ఇంత ఎక్కువ సాంద్రతతో కలిపి ఉంటాయి. మాకు వేరే అవసరం ప్యాకేజీ, మరియు ఇక్కడ మేము స్కేలబుల్, తక్కువ-ధర టెరాహెర్ట్జ్ శ్రేణుల కోసం ఉపయోగించగల మంచి విధానాన్ని ప్రదర్శించాము “అని ఎలక్ట్రికల్ ఇంజనీరింగ్ విభాగంలో గ్రాడ్యుయేట్ విద్యార్థి జిన్చెన్ వాంగ్ చెప్పారు మరియు కంప్యూటర్ సైన్స్ (EECS) మరియు టెరాహెర్ట్జ్ రేడియేటర్‌పై ఒక కాగితం యొక్క ప్రధాన రచయిత.

అతన్ని EECS గ్రాడ్యుయేట్ విద్యార్థులు డేనియల్ షీన్ మరియు జిబి చెన్ పేపర్‌పై చేరారు; స్టీవెన్ ఎఫ్. నాగెల్, టిజె రోడ్జర్స్ RLE ప్రయోగశాల మేనేజింగ్ డైరెక్టర్; మరియు సీనియర్ రచయిత రూనన్ హాన్, EECS లో అసోసియేట్ ప్రొఫెసర్, అతను టెరాహెర్ట్జ్ ఇంటిగ్రేటెడ్ ఎలక్ట్రానిక్స్ గ్రూప్‌కు నాయకత్వం వహిస్తాడు. ఈ పరిశోధన IEEE ఇంటర్నేషనల్ సాలిడ్-స్టేట్స్ సర్క్యూట్స్ కాన్ఫరెన్స్‌లో ప్రదర్శించబడుతుంది.

తరంగాలు తయారు చేయడం

టెరాహెర్ట్జ్ తరంగాలు రేడియో తరంగాలు మరియు పరారుణ కాంతి మధ్య విద్యుదయస్కాంత వర్ణపటంపై కూర్చుంటాయి. వారి అధిక పౌన encies పున్యాలు రేడియో తరంగాల కంటే సెకనుకు ఎక్కువ సమాచారాన్ని తీసుకువెళ్ళడానికి వీలు కల్పిస్తాయి, అయితే అవి పరారుణ కాంతి కంటే విస్తృత శ్రేణి పదార్థాలను సురక్షితంగా చొచ్చుకుపోతాయి.

టెరాహెర్ట్జ్ తరంగాలను ఉత్పత్తి చేయడానికి ఒక మార్గం CMOS చిప్-ఆధారిత యాంప్లిఫైయర్-మల్టీప్లియర్ గొలుసుతో, ఇది టెరాహెర్ట్జ్ పరిధికి చేరుకునే వరకు రేడియో తరంగాల యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీని పెంచుతుంది. ఉత్తమ పనితీరును సాధించడానికి, తరంగాలు సిలికాన్ చిప్ గుండా వెళతాయి మరియు చివరికి వెనుకకు బహిరంగ ప్రదేశంలోకి విడుదలవుతాయి.

కానీ విద్యుద్వాహక స్థిరాంకం అని పిలువబడే ఆస్తి సున్నితమైన ప్రసార మార్గంలో పొందుతుంది.

విద్యుదయస్కాంత తరంగాలు ఒక పదార్థంతో ఎలా సంకర్షణ చెందుతాయో విద్యుద్వాహక స్థిరాంకం ప్రభావితం చేస్తుంది. ఇది గ్రహించిన, ప్రతిబింబించే లేదా ప్రసారం చేయబడిన రేడియేషన్ మొత్తాన్ని ప్రభావితం చేస్తుంది. సిలికాన్ యొక్క విద్యుద్వాహక స్థిరాంకం గాలి కంటే చాలా ఎక్కువ కాబట్టి, చాలా టెరాహెర్ట్జ్ తరంగాలు వెనుకకు శుభ్రంగా ప్రసారం చేయకుండా సిలికాన్-ఎయిర్ సరిహద్దు వద్ద ప్రతిబింబిస్తాయి.

ఈ సరిహద్దు వద్ద చాలా సిగ్నల్ బలం పోతుంది కాబట్టి, ప్రస్తుత విధానాలు తరచూ సిలికాన్ లెన్స్‌లను మిగిలిన సిగ్నల్ యొక్క శక్తిని పెంచడానికి ఉపయోగిస్తాయి.

MIT పరిశోధకులు ఈ సమస్యను భిన్నంగా సంప్రదించారు.

వారు మ్యాచింగ్ అని పిలువబడే ఎలక్ట్రోమెకానికల్ సిద్ధాంతాన్ని ఆకర్షించారు. సరిపోలికతో, వారు సిలికాన్ మరియు గాలి యొక్క విద్యుద్వాహక స్థిరాంకాలను సమానం చేయడానికి ప్రయత్నిస్తారు, ఇది సరిహద్దు వద్ద ప్రతిబింబించే సిగ్నల్ మొత్తాన్ని తగ్గిస్తుంది.

సిలికాన్ మరియు గాలి మధ్య విద్యుద్వాహక స్థిరాంకం కలిగి ఉన్న సన్నని షీట్ పదార్థాన్ని అంటుకోవడం ద్వారా వారు దీనిని సాధిస్తారు. ఈ మ్యాచింగ్ షీట్ స్థానంలో, చాలా తరంగాలు ప్రతిబింబించకుండా వెనుక భాగంలో ప్రసారం చేయబడతాయి.

స్కేలబుల్ విధానం

వారు తక్కువ ఖర్చుతో, వాణిజ్యపరంగా లభించే ఉపరితల పదార్థాన్ని సముద్రతీర స్థిరాంకంతో సరిపోల్చడానికి అవసరమైన వాటికి చాలా దగ్గరగా ఉన్నారు. పనితీరును మెరుగుపరచడానికి, వారు దాని విద్యుద్వాహక స్థిరాంకం సరిగ్గా సరిగ్గా ఉండే వరకు చిన్న రంధ్రాలను షీట్‌లోకి గుద్దడానికి లేజర్ కట్టర్‌ను ఉపయోగించారు.

“గాలి యొక్క విద్యుద్వాహక స్థిరాంకం 1 కాబట్టి, మీరు షీట్లో కొన్ని సబ్‌వేవ్‌ంగెర్ఘ్యం రంధ్రాలను కత్తిరించినట్లయితే, ఇది కొంత గాలిని ఇంజెక్ట్ చేయడానికి సమానం, ఇది మ్యాచింగ్ షీట్ యొక్క మొత్తం విద్యుద్వాహక స్థిరాంకాన్ని తగ్గిస్తుంది” అని వాంగ్ వివరించాడు.

అదనంగా, వారు ఇంటెల్ అభివృద్ధి చేసిన ప్రత్యేక ట్రాన్సిస్టర్‌లతో వారి చిప్‌ను రూపొందించారు, ఇవి సాంప్రదాయ CMOS ట్రాన్సిస్టర్‌ల కంటే ఎక్కువ గరిష్ట పౌన frequency పున్యం మరియు బ్రేక్‌డౌన్ వోల్టేజ్ కలిగి ఉంటాయి.

“ఈ రెండు విషయాలు కలిసి తీసుకున్నాయి, మరింత శక్తివంతమైన ట్రాన్సిస్టర్లు మరియు విద్యుద్వాహక షీట్, ఇంకా మరికొన్ని చిన్న ఆవిష్కరణలు, అనేక ఇతర పరికరాలను అధిగమించటానికి మాకు సహాయపడ్డాయి” అని ఆయన చెప్పారు.

వారి చిప్ 11.1 డెసిబెల్-మిల్లివాట్స్ యొక్క గరిష్ట రేడియేషన్ శక్తితో టెరాహెర్ట్జ్ సిగ్నల్‌లను ఉత్పత్తి చేసింది, ఇది అత్యాధునిక పద్ధతులలో ఉత్తమమైనది. అంతేకాకుండా, తక్కువ-ధర చిప్‌ను స్కేల్ వద్ద కల్పించవచ్చు కాబట్టి, దీనిని వాస్తవ-ప్రపంచ ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలలో మరింత సులభంగా విలీనం చేయవచ్చు.

స్కేలబుల్ చిప్‌ను అభివృద్ధి చేయడంలో అతిపెద్ద సవాళ్లలో ఒకటి టెరాహెర్ట్జ్ తరంగాలను ఉత్పత్తి చేసేటప్పుడు శక్తి మరియు ఉష్ణోగ్రతను ఎలా నిర్వహించాలో నిర్ణయించడం.

“ఫ్రీక్వెన్సీ మరియు శక్తి చాలా ఎక్కువగా ఉన్నందున, CMOS చిప్‌ను రూపొందించడానికి అనేక ప్రామాణిక మార్గాలు ఇక్కడ వర్తించవు” అని వాంగ్ చెప్పారు.

ఉత్పాదక సదుపాయంలో స్కేల్ చేయగల మ్యాచింగ్ షీట్‌ను వ్యవస్థాపించడానికి ఒక సాంకేతికతను రూపొందించడానికి పరిశోధకులు కూడా అవసరం.

ముందుకు వెళుతున్నప్పుడు, వారు CMOS టెరాహెర్ట్జ్ మూలాల యొక్క దశలవారీ శ్రేణిని కల్పించడం ద్వారా ఈ స్కేలబిలిటీని ప్రదర్శించాలనుకుంటున్నారు, తక్కువ ఖర్చుతో కూడిన, కాంపాక్ట్ పరికరంతో శక్తివంతమైన టెరాహెర్ట్జ్ పుంజంను నడిపించడానికి మరియు కేంద్రీకరించడానికి వీలు కల్పిస్తుంది.

ఈ పరిశోధనకు నాసా యొక్క జెట్ ప్రొపల్షన్ లాబొరేటరీ మరియు స్ట్రాటజిక్ యూనివర్శిటీ రీసెర్చ్ పార్ట్‌నర్‌షిప్స్ ప్రోగ్రాం, అలాగే MIT సెంటర్ ఫర్ ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్లు మరియు సిస్టమ్స్ మద్దతు ఇస్తుంది. ఇంటెల్ యూనివర్శిటీ షటిల్ ప్రోగ్రాం ద్వారా చిప్ కల్పించబడింది.