導讀

最近，日本科學家開發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）技術進行制造，是首個工作在W波段(75-110 GHz)，具有這么低的供電電壓的放大器。

背景

今天，我們所要介紹的創新技術成果，和一項重要的前沿技術相關。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。它位于微波與遠紅外波相交疊的波長范圍，所以兼有兩種波譜的特點。

它具有如下優點：

· 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，毫米波技術可應用于很多領域，例如：

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

（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使用到毫米波技術，另外，地球上的點對點通信或者衛星的通信或廣播方面，也會用到毫米波，因為它具有很強的隱蔽性和抗干擾性，所以點對點毫米波通信可用于保密很高的通信領域，而衛星通信中則利用了毫米波段頻譜資源豐富的優勢。

（圖片來源于: 維基百科）

雷達，利用毫米波技術制成的雷達，可廣泛應用于例如坦克、飛機、艦艇的短程火控雷達，以及攔截目標用的雷達、導彈制導系統、汽車車載雷達等等方面。

（圖片來源于: 維基百科）

安檢，毫米波成像技術可有效地對被檢測物體進行成像， 在機場安檢等方面得以應用。

醫療，據醫學研究發現，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，從而達到改善人體機能、治療疾病的效果。

然而，對于毫米波技術成功商用來說，很重要一點就是控制好電路功耗。

（圖片來源于: 廣島大學）

另外，Fujishima 教授又補充道：

“我們設計的0.5V的W波段放大器，另外一個重要的意義就是可靠性。我們研究人員知道一些主要的會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，而不是幾年，就會發現它們的性發生衰退，這是因為所謂的'熱載流子效應'。你不會想要一輛很快就會失去‘視力’的汽車。0.5V的電壓將顯著降低熱載流子的產生。”

未來

三重富士通半導體技術開發的副總監Mutsuaki Kai 說：

“相比于傳統的CMOS技術，我們的DDC晶體管在低功耗的操作方面具有更佳的性能。我們已經證實能將這些優越的性能拓展至毫米波頻段。我對于我們和廣島大學之間的合作感到滿意。我們計劃構建一個最大化DDC技術能力的設計環境，來進一步推進這項研究。”

研究小組計劃繼續拓展低電壓毫米波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.