6G haberleşmesinde terahertz çip atılımı

Küresel yarı iletken sektörü ile ileri teknoloji pazarlarında uzun süredir çözülmesi en zor ticari darboğazlardan biri olarak görülen terahertz frekans bandında yeni bir teknik gelişme yaşandı. Kaliforniya Üniversitesi Los Angeles bünyesinde çalışan mühendisler, terahertz sinyallerini üretme, işleme ve algılama işlevlerini endüstri standardı üretim altyapılarına uygun tek bir yarı iletken çip üzerinde bir araya getirdi. Geliştirilen platform, yüksek maliyetli, büyük ölçekli ve seri üretime uygun olmayan laboratuvar ekipmanlarına duyulan ihtiyacı azaltıyor. Teknolojinin geleceğin kablosuz haberleşme ağları, yüksek hassasiyetli tıbbi görüntüleme cihazları ve endüstriyel denetim sistemleri için seri üretimin önünü açması amaçlanıyor.

STANDART DÖKÜMHANE SÜREÇLERİYLE UYUMLU

Daha önceki terahertz entegrasyonu çalışmalarında, fotonik çip dökümhanelerinde seri üretime uygun olmayan özel malzemeler ve üretim teknikleri önemli bir engel oluşturuyordu. UCLA ekibi ise mevcut fotonik entegre devrelerde yaygın olarak kullanılan galyum arsenit ve alüminyum galyum arsenit tabanlı kuantum kuyusu mimarisine odaklandı. Araştırmacılar, elektronların kuantum kuyularında hapsolarak terahertz hızına yetişemeyeceği yönündeki yaygın kabulün aksine, bu yapılardan bir pikosaniyeden daha kısa sürede kaçabildiğini deneysel olarak ortaya koydu. Bu bulgu, kuantum kuyularının ticari terahertz çipleri için uygun bir yarı iletken altyapısı olarak kullanılabileceğini gösterdi.

PERFORMANS YAKLAŞIK 10 KAT ARTIRILDI

Geliştirilen prototip çip, kazanç artırılmış bantlar arası fotokarıştırma yöntemiyle çalışıyor. Farklı frekanslardaki iki lazer ışınının kuantum kuyularına yönlendirilmesiyle oluşan elektriksel salınım, cihazın 100 ile 500 gigahertz aralığında terahertz dalgaları üretmesini ve gelen sinyalleri yüksek hassasiyetle algılamasını sağlıyor. Araştırma ekibi, aynı çip üzerine yarı iletken optik yükseltici entegre ederek üretim verimliliğini yaklaşık 10 kat artırdı. Bu entegrasyon, sistemin çalışması için gereken optik güç ihtiyacını da önemli ölçüde azalttı. Monolitik Olarak Entegre Terahertz Optoelektronik olarak adlandırılan yeni platform; kaynak, dedektör, yükseltici ve modülatör gibi kritik bileşenleri mevcut ticari fotonik dökümhanelerle uyumlu tek bir katmanda birleştiriyor.

6G VE ENDÜSTRİYEL TARAMA İÇİN YENİ ALANLAR

Teknoloji henüz prototip aşamasında bulunuyor. Bununla birlikte çip içi lazer entegrasyonunun tamamlanmasıyla kompakt ve yüksek hacimli üretime uygun bir altyapının oluşturulması hedefleniyor. Geliştirilen mimarinin yeni nesil telekomünikasyon sistemlerinde, 5G ve 6G ağlarının ötesinde saniyede terabit düzeyinde veri iletimini destekleyen kablosuz altyapılarda kullanılması öngörülüyor. Platformun ayrıca X-ışınlarının aksine iyonlaştırıcı radyasyon taşımadan dokulara ve ambalajlara nüfuz edebilen taşınabilir, tahribatsız görüntüleme cihazlarında değerlendirilmesi planlanıyor.

Kimyasal sızıntıların tespiti, endüstriyel kalite kontrolü ve savunma sanayisine yönelik hassas uzaktan algılama sistemleri de teknolojinin hedeflenen kullanım alanları arasında yer alıyor. Yeni platform, yüksek sermaye harcaması gerektiren özel üretim tesisleri yerine mevcut yarı iletken dökümhanelerinde üretilebilme potansiyeliyle terahertz teknolojisinin laboratuvar ortamından ticari uygulamalara taşınmasını amaçlıyor.