图：美国塔夫斯大学研制出芯片大小的太赫兹（THz）高速调制器结构

美国塔夫斯大学研制出芯片大小的太赫兹（THz）高速调制器，器件通过限制在全新带有可调、二维电子气的开槽波导中的THz波相互作用工作，具备可在室温下工作在THz频段，不消耗直流功率等优点。该研究成果有助于填补“THz鸿沟”，并以《基于可调太赫兹开槽波导的片上高速太赫兹调制器》为名发表在《科学报告》上。

背景

因为THz频段能够支持以显著高于传统技术的速度传输数据，学术界对THz频段的利用表现出巨大兴趣，但该频段并未被充分利用，因为缺乏高度集成的片上器件，如调制器、发射器和接收器。

原理

此次提出的在片THz调制器基于带有电可调二维电子气（2DEG）作为损耗介质的THz波增强交互概念。全新的低损耗金属开槽波段用于限制和耦合THz波导2DEG。电磁能量被限制在由两层AlGaAs和一层InGaAs组成的三明治结构波导中。二维电子气通过InGaAs与其周围AlGaAs带隙的不同而产生于InGaAs中。负偏压减少电子气中的电子密度，降低衰减，正偏压增加电子密度和增加衰减。原型工作在2V驱动电压下，并消耗非常少的功耗。

技术突破

原型器件能够工作在0.22-0.325THz频段，选择这个频段是因为有可用实验设备，研究人员表示该器件也可工作在其他频段。测量结果显示新器件的调制截止频率超过14GHz，并具备工作在1THz以上的潜力。

意义

研制出的新器件调制深度高，并可通过增加器件中2DEG的长度来进一步增加调制深度。调制器所需驱动电压低至2V，没有静态直流功耗，工作在室温，提供了独特的优势，预示着真正的使用价值。所有这些特性都使该研究成果适于实现单片THz接收机/发射机，以及工作在THz频段的高性能开关。

塔夫斯大学的纳实验室的Sameer Sonkusale博士表示：“这是一个可工作在太赫兹频段的非常有前景的器件，使用主流半导体制造工艺进行小型化，并和现在通信器件有同样的尺寸；它只有一个组成块，但能够帮助开始填补THz鸿沟”。

资金和制造支持

该研究由美国海军研究实验室（ONR）（N00014-09-1-1075）和ONR国防高校研究设备项目（N00014-12-1-0888）提供资金支持。美国TriQuint（现Qorvo）公司提供芯片制造支持。

文章链接：

P. K. Singh, S. Sonkusale. "High Speed Terahertz Modulator on the Chip Based on Tunable Terahertz Slot Waveguide." Scientific Reports, 2017; 7: 40933 DOI:10.1038/SREP40933

（本文来源：大国重器—聚焦世界军用电子元器件；）

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