佳能成功研发了被称为“待开发电磁波”的太赫兹波超小型半导体光源,预计预计将应用于安全、6G通信等领域。其中采用了京瓷开发的氮化铝陶瓷封装产品。
图 半导体太赫兹光源,来源:佳能
据介绍,为了实现高输出的太赫兹器件,佳能开发集成36个天线的器件。最初,封装材料使用有机材料(FR-4),但随着天线数量的增加,设备产生的热量增加,有效散热成为问题。最初的解决方案是减少封装的厚度以改善散热,但这导致缺乏刚性和可靠性问题,因此使用有机材料(FR-4)已达到了极限。另外,由于开发的产品是振荡器,因此需要稳定频率并降低布线阻抗,而有机材料(FR-4)很难做到这一点。最终佳能选择了京瓷开发的氮化铝陶瓷封装方案,使用具有高导热性的氮化铝消除了使用有机材料 (FR-4) 时对散热的担忧。此外,由于氮化铝的热膨胀系数与基材InP(磷化铟)的热膨胀系数相匹配,因此还可以减轻热应力。氮化铝的高度设计自由度也能有效解决高频时布线阻抗变高的问题。
图 氮化铝多层封装的特点,来源:京瓷
太赫兹(Terahertz,THz)通常是指频率为0.1~10 THz(波长为0.03~3mm)的电磁波,是频率介于无线电波和可见光之间的电磁波,既具有无线电波的穿透性,又具有光的直线性。许多分子和固体在THz波段具有很强的吸收谱, 因此THz技术可以用于光谱学及成像应用; 许多可见光不透明材料如纸、塑料和陶瓷等在THz波段能被穿透, 因此THz技术还能用于武器、毒品和炸药等安检应用。相比于微波,THz波波长短, 具有更高的空间分辨率。相比于高能X射线成像, THz能量低, 成像不会损伤目标体。由于很多生物大分子的旋转和振动能量大都在THz波段, 且THz波光子能量低不会损害生物体, 因此THz技术还可以用于对疾病的诊断以及蛋白质和DNA分子特性的研究。此外, THz波作为载波具有比微波更高的带宽, 非常适合局域网和高速无线通信领域。THz波相比于红外线具有更好的穿透能力, 因此在短距离范围内, 太赫兹通信具有很高的保密性和抗干扰能力。它还可以解决计算数百THz光学频率的问题, 有助于高精度光谱应用的发展, 制造新的全光学原子钟, 预计最终可以超过当今最先进的铯钟。
太赫兹频段具有丰富的频谱与带宽资源,能够支持实现 Tbit/s 量级的传输速率,被全球学术界与产业界公认为 6G 候选频段与关键技术的重要组成部分,有望广泛应用于全息通信、小尺度通信、超大容量数据回传、短距离超高速传输等场景。此外,网络和/或终端设备的高精度定位和高分辨率感知成像也需要超大带宽,这也为太赫兹通信应用开辟了新的方向。
资料来源:
1.京瓷官网
2.佳能官网
3.太赫兹半导体激光光频梳研究进展,廖小瑜,等.
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