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太赫兹放大器产品开发现状
材料来源:张宇/美克锐科技           录入时间:2019/6/25 10:16:03

太赫兹电子学领域巨头VDI公司最近发布了功率放大器产品系列,引人注目的是170-260GHz放大器模块,该模块在美国市场公开售价1.5万美元,货期两个月。性能指标如下。

图片1. VDI 4.3AMP性能及配置(来自VDI公司)

虽然2013年诺格公司就推出了340GHz低噪放模块(14年报道了850GHz低噪放芯片和模块),2015年TELEDYNE公司发布了170-260GHz放大器芯片,但太赫兹领域功放模块货架产品的推出仍是业界首创。一直倍受功率困扰的太赫兹应用终于看到一丝曙光,太赫兹通讯和雷达的工作距离有望倍增,太赫兹矢网模块的动态范围也将大幅提升。但也有不同看法认为,这款昂贵的太赫兹功放模块仅能用于搭建演示验证系统,无法为科研和工程带来实质突破,放大器芯片集成进收发模块组成低成本的收发阵列才是太赫兹通信和雷达的未来。

 太赫兹固态领域的功放和低噪放一直是研究的难点和热点。欧美TELEDYNE、IHP、FRAUNHOFER、CHARLMES等多家顶级科研机构在氮化镓、磷化铟、锗硅材料上进行了长期攻关,从MWS2019会议太赫兹放大器专题(如下图)日程中我们可以管中窥豹。

图片2. IMS2019太赫兹放大器专题日程(来自IMS2019主页)

国内中电13所和55所是功放和低噪放芯片的主力军,0.5/0.25/0.1μm氮化镓、磷化铟工艺均有优异表现。两家都有得天独厚的自有晶圆厂配套优势,但目前挑战主要来自于低成品率,一张4英寸晶圆常常颗粒无收。这直接导致部分芯片价格是美国同类产品的2-3倍,但好在有无的问题已经解决,不会被美国卡脖子了。

美克锐于2017年已协助中电13所搭建320GHz低噪放噪声系数测试系统(如下图),传言中电13所很快会以震撼价格发布220GHz低噪放芯片以及模块。纵观近年13所在W Band接收机芯片、放大器芯片的凌厉攻势,这个传言很可能不是空穴来风。

图片3. 320GHz接收机噪声温度测试(来自美克锐科技)

除此之外,国内成电、东南大学、益丰、中科院微电子所等单位也一直在进行太赫兹功放和低噪放芯片的研发。但W Band 以上频率的芯片和模块产品仍有待突破。

射频功放芯片和模块历来是美国出口管制的重中之重,他们毫无例外会被打上3A001的标签。在中美关系走低的大趋势下,美国的放大器芯片和模块进入中国市场难上加难。现在没有人再怀疑国产化替代是必经之路,而射频芯片的研发非一日之功,对技术、资金的要求非常人所能及,国内的III-IV族工艺线数得着的就那么几条(CETC13/55、厦门三安光电、成都海威华芯)。

2018年太赫兹多少冒出了点产业化的苗头,2019年5G的角力和提前部署让6G的竞争更快进入白热化。无论如何2019年对于太赫兹来说必定是不平凡的一年,让我们拭目以待吧。

附件1:目前太赫兹功放、低噪放芯片列表如下:

 

资料来源:TELEDYNE和2016GSSM会议网站

附件2:目前太赫兹功放、低噪放模块列表如下:

资料来源于:RPG、Northrop Grumman、FRAUNHOFER网站

      附件3:欧美主要GaN晶圆厂技术资料

资料来源于:电科防务《射频GaN器件代工厂巡览》


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