發布日期：2022-07-14 點擊率：26
超高速電子正在迅速填補最高不過數百GHz的半導體和可以達到數百THz的光學頻率之間的“THz差距”。大家都知道,頻率達到THz時的波長通常以毫米為單位,而承諾填補“THz差距”的新技術,正是Phiar公司發明的新型金屬-絕緣體電子技術,其演示頻率已達。
Phiar聲稱在業界已經擁有多家合作伙伴,其技術已經克服許多應用中的障礙,包括60GHz天線邊緣頻率轉換、并行閃速固態存儲驅動器、單芯片毫米波雷達、用于安全的“X光透視”系統和芯片間RF互連的集成式THz檢測器陣列。
“我們的技術將成為自電子管推出以來第一種可行的半導體替代技術。”Phiar公司業務開發總監Adam Rentschler宣稱。
近日,Phiar和摩托羅拉實驗室聯合完成了一項以Phiar的金屬-絕緣體二極管為基礎的60GHz天線開發工作,這種天線能實現數Gb的無線射頻,可用來傳送多通道的未經壓縮的高清視頻信號。該器件符合最新的60GHz無線標準IEEE TG3c。一直以來,速度能夠滿足60GHz天線要求且具有性價比的器件,只有昂貴的分立型砷化鎵二極管。但借助Phiar公司推出不用半導體的金屬-絕緣體二極管后,摩托羅拉公司已經成功開發出60GHz無線電設備和天線原型。
“摩托羅拉在數年前就成功演示了頻率很高的數Gb發送器和接收器,目前正在對器件的尺寸、性能和總體成本進行改進。” 摩托羅拉毫米波RF技術經理Rudy Emrick透露道。
采用Phiar公司的技術后,60GHz的無線信號可以在并不昂貴的模擬金屬-絕緣體電路幫助下降為2-3GHz信號,從而在消費設備之間實現高清視頻的無線傳送。Phiar技術還能實現低價的THz雷達和成像設備,例如能夠準確透過衣服辨認匿藏武器的機場安全系統。
Phiar公司還宣稱與一家未透露名字的“美國主要的閃存制造商”簽署了一份合同,準備使用金屬-絕緣體技術實現用于固態驅動器的并聯閃存,能達到NOR的速度和NAND的密度。
除了60GHz二極管外,Phiar公司還展示了匹配的檢測器和AM接收器；60GHz混頻器、調制器和變容二極管的概念原型；500GHz二極管以及THz檢測器。該公司還有望在今年展示THz晶體管原型。“通過配置高密度NAND存儲器(通常是串行設備)實現像NOR那樣的隨機訪問,金屬-絕緣體晶體管可以實現固態硬驅,并有潛力實現隨機存取固態硬驅。”Lux Research公司高級分析師Vahe Mamikunian表示。
淘汰半導體
金屬-絕緣體電子技術用第二層的絕緣體和金屬,替代了金屬氧化物半導體(MOS)器件中的半導體,從而形成金屬-絕緣體-絕緣體-金屬四層堆疊結構。該技術行的通的真正原因是:兩類金屬及其絕緣體經過仔細裁剪在只允許高能隧道的絕緣體間很好地形成了一個量子。因此當施加于頂部金屬的電壓超過其閾值時,彈道傳送機制發生作用,從而加速隧道電子通過間隙。
“我們促進了通過氧化層的量子隧道效應,而氧化層厚度總共也才60埃()左右。”Phiar公司總裁兼首席執行官Bob Goodman說道,“因為量子隧道是一種傳送機制,它產生的速度比半導體領域中的任何事物都快,在我們的器件中是飛秒(10-(SUB/)15(/SUB))數量級,這將打破半導體的物理定律。”
這樣,金屬-絕緣體器件的最高頻率已達,而半導體由于不可避免地會降低電子流速,因此目前CMOS半導體的最高速度只能達到60GHz,SiGe半導體也只有400GHz。
金屬-絕緣體技術據稱在制造方面比高速硅片技術更容易,因為它采用的是與CMOS工廠相同的成熟工藝步驟,而且器件幾乎可以在所有基底上制造——即使是在消費類器件的塑料外殼內面上也可以。
作者:羅克鈴
