導(dǎo)讀

最近，日本科學(xué)家開發(fā)出一種低功耗毫米波放大器，供電電壓低至0.5V，頻率覆蓋范圍從80 GHz 到106 GHz。它使用深度耗盡通道（DDC）技術(shù)進(jìn)行制造，是首個(gè)工作在W波段(75-110 GHz)，具有這么低的供電電壓的放大器。

背景

今天，我們所要介紹的創(chuàng)新技術(shù)成果，和一項(xiàng)重要的前沿技術(shù)相關(guān)。它就是：毫米波

毫米波，是指波長在1毫米至10毫米之間、頻率在30 GHz 至300 GHz之間的電磁波。它位于微波與遠(yuǎn)紅外波相交疊的波長范圍，所以兼有兩種波譜的特點(diǎn)。

它具有如下優(yōu)點(diǎn)：

· 頻譜范圍廣、帶寬極寬。
· 波束窄，因此分辨率高，抗干擾性好。
· 傳播受氣候的影響要小得多，可以認(rèn)為具有全天候特性。
· 更容易小型化。
· 觀測靈敏度高。

因此，毫米波技術(shù)可應(yīng)用于很多領(lǐng)域，例如：

科學(xué)研究，例如射電天文學(xué)、遙感技術(shù)方面。高分辨率的毫米波輻射計(jì)可用于遙感氣象參數(shù)；毫米波和亞毫米波的射電天文望遠(yuǎn)鏡可用于探測宇宙空間的輻射波譜，推斷星際物質(zhì)的成分。

（圖片來源于: 維基百科）

通信，例如5G通信方面，在射頻前端和天線中會(huì)使用到毫米波技術(shù)，另外，地球上的點(diǎn)對點(diǎn)通信或者衛(wèi)星的通信或廣播方面，也會(huì)用到毫米波，因?yàn)樗哂泻軓?qiáng)的隱蔽性和抗干擾性，所以點(diǎn)對點(diǎn)毫米波通信可用于保密很高的通信領(lǐng)域，而衛(wèi)星通信中則利用了毫米波段頻譜資源豐富的優(yōu)勢。

（圖片來源于: 維基百科）

雷達(dá)，利用毫米波技術(shù)制成的雷達(dá)，可廣泛應(yīng)用于例如坦克、飛機(jī)、艦艇的短程火控雷達(dá)，以及攔截目標(biāo)用的雷達(dá)、導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)、汽車車載雷達(dá)等等方面。

（圖片來源于: 維基百科）

安檢，毫米波成像技術(shù)可有效地對被檢測物體進(jìn)行成像， 在機(jī)場安檢等方面得以應(yīng)用。

醫(yī)療，據(jù)醫(yī)學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，毫米波和人體組織的固有頻率相近，能夠引起人體大分子組織的諧振，從而達(dá)到改善人體機(jī)能、治療疾病的效果。

然而，對于毫米波技術(shù)成功商用來說，很重要一點(diǎn)就是控制好電路功耗。

（圖片來源于: 廣島大學(xué)）

另外，F(xiàn)ujishima 教授又補(bǔ)充道：

“我們設(shè)計(jì)的0.5V的W波段放大器，另外一個(gè)重要的意義就是可靠性。我們研究人員知道一些主要的會(huì)議上展示的毫米波電路，電壓在1V或者更高，難以持久。如果你測量它們，在幾天甚至幾小時(shí)，而不是幾年，就會(huì)發(fā)現(xiàn)它們的性發(fā)生衰退，這是因?yàn)樗^的'熱載流子效應(yīng)'。你不會(huì)想要一輛很快就會(huì)失去‘視力’的汽車。0.5V的電壓將顯著降低熱載流子的產(chǎn)生。”

未來

三重富士通半導(dǎo)體技術(shù)開發(fā)的副總監(jiān)Mutsuaki Kai 說：

“相比于傳統(tǒng)的CMOS技術(shù)，我們的DDC晶體管在低功耗的操作方面具有更佳的性能。我們已經(jīng)證實(shí)能將這些優(yōu)越的性能拓展至毫米波頻段。我對于我們和廣島大學(xué)之間的合作感到滿意。我們計(jì)劃構(gòu)建一個(gè)最大化DDC技術(shù)能力的設(shè)計(jì)環(huán)境，來進(jìn)一步推進(jìn)這項(xiàng)研究。”

研究小組計(jì)劃繼續(xù)拓展低電壓毫米波CMOS電路的可能性。

參考資料

【1】https://www.hiroshima-u.ac.jp/en/news/39778
【2】K. Katayama, S. Amakawa, K. Takano, T. Yoshida, M. Fujishima, K. Hisamitsu, and H. Takatsuka, “An 80-106 GHz CMOS amplifier with 0.5 V supply voltage,” IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symposium (RFIC), June 2017.