基于新型谐波干涉多倍频技术的硅CMOS太赫兹信号源研究

太赫兹技术可以广泛应用于成像、医疗探测、生物医药、军事、天文、安全等领域，具有广阔的应用价值，因此CMOS太赫兹集成电路正逐渐成为当前热点研究领域。针对该领域所面临的首要难题- - CMOS太赫兹信号源，本项目将开展"基于新型谐波干涉多倍频技术的CMOS太赫兹信号源研究"。本课题，一方面在系统架构上将较低频的毫米波基波信号通过新型多倍频的方法获得太赫兹信号；另一方面提出了新型谐波干涉多倍频技术，将目标高阶谐波通过相位干涉得到加强，将基波与其它谐波通过相位干涉而被消除，从而使能量主要集中在目标高阶谐波上，实现太赫兹多倍频信号输出。具有一系列的优点：如功耗低、输出信号强度大、转换效率高、基波和谐波抑制能力强、输出频率高、倍频倍数高、具有良好的高频拓展潜力、集成度高、成本低等。与现有报道的CMOS太赫兹信号源相比，本项目具有明显的优势，可以在很大程度上突破和解决现有CMOS太赫兹信号源所面临的问题。

太赫兹技术可以广泛应用于成像、医疗探测、生物医药、军事、天文、安全等领域，具有广阔的应用价值，本项目针对该领域所面临的首要难题——CMOS太赫兹信号源，开展了“基于新型谐波干涉多倍频技术的CMOS太赫兹信号源研究”。项目基于标准CMOS工艺，进行了基于新型谐波干涉多倍频技术的原理探索、拓扑结构发明、电路发明与实现，并在65nm标准CMOS上实现了0.1THz的四倍频器的信号源；在此基础之上，开展具有调频、锁相功能的CMOS太赫兹信号源的理论研究、拓扑结构发明、电路发明与实现，并在65nm标准CMOS上实现了79GHz~87GHz的频率综合器。这是当时国内在CMOS工艺上实现的频率最高的集成电路，该项目的研究成果给出了一个在CMOS上实现太赫兹集成电路的一个新的路径，并为进一步实现CMOS太赫兹收发机芯片奠定核心基础。由于CMOS工艺所具有的一系列的优势，使得未来CMOS太赫兹收发机将具有体积小、功耗低、集成度高、成本低、可大规模市场推广等优点。本项目所提出的新的方法，在现有局限的工艺条件下，实现了0.1THz的频率源，基于该方法进一步拓展深入研究，并结合更为先进的CMOS工艺，有望不断实现更高频率的太赫兹频率源。