2024年10月25日下午，北京大学电子学院前沿论坛第73期讲座成功举办。本次讲座邀请了清华大学电子工程系微波与天线研究所所长陈文华教授主讲，分享了主题为“宽带高效硅基太赫兹电路与应用”的精彩报告。报告由电子学院杜朝海研究员主持，多名师生共同参与本次交流活动，活动现场座无虚席，气氛热烈。

讲座开始，陈文华教授从太赫兹频段的背景入手，介绍了太赫兹频段的广泛应用前景，着重展示了太赫兹频段在高速无线通信、高分辨率成像、高精度定位等应用。高性能的太赫兹波源是发展太赫兹科学技术的前提，热辐射源、光子源以及电子学源是常规的太赫兹波产生手段。陈教授及其团队在太赫兹微电子技术领域不断探索，利用硅基半导体技术不断优化出低成本、小型化、高性能的太赫兹电路。传统的RF-CMOS电路具有高集成度和低成本优势，但常见的22~45nm工艺难实现截止频率超过500GHz的器件，更高频段的太赫兹电路设计面临重大困难。SiGe技术由于更好的频率性能以及晶圆键合技术，为太赫兹电路的设计提供了全新的可能性。目前硅基太赫兹电路正向着高性能的太赫兹收发系统芯片方向发展，能降低成本和拓展应用，推动太赫兹科学技术稳步向前。

针对太赫兹高速电子器件的设计，陈教授提到工作频率高，电路实现难度大。在硅基集成太赫兹收发机系统中，继续推进有源、无源以及集成系统架构向更高频率发展面临重大挑战。为克服硅基工艺的限制，需要提出新型正反馈结构实现高增益和高稳定性。在太赫兹高频段，急剧增加的电路损耗需要开发全新的无源电路和网络结构，而在硅基太赫兹收发系统中提出前端混频/倍频架构以及片上集成天线均可以提升太赫兹集成电路的综合性能。

针对硅基高频高性能的太赫兹功放，在应用过程中需要满足高频率、大功率、高效率等要求。针对高频率的问题，陈教授及团队提出了利用4级放大结构级联并且通过引入晶体管交错调谐在宽带范围内实现平坦效应。最终该结构在247-314GHz频段范围内实现峰值增益15dB，并且实现了3.2dBm@260GHz，远超现有报道。针对大功率硅基太赫兹功放问题，团队创新性提出了片上槽线-共面波导耦合功率合成结构，大幅度抑制共模信号，通过多层金属堆叠降低网络损耗，最终在142-182GHz频段范围内实现了峰值增益30.7dB，饱和功率实现了18.1dBm@161GHz，可进一步应用于D波段雷达和通信中。除此之外，陈教授及团队率先在太赫兹波段通过硅基技术实现100GHz以上Doherty结构的展示，通过利用变压器实现传输线的等效，降低网络损耗，实现多路功率的组合。硅基太赫兹源是太赫兹收发系统的核心器件。通过构建“Tripler + Doubler + Buffer”倍频链架构，在宽带范围内实现5dBm@150GHz，太赫兹在片测试的功率要求也得以满足。

随后，陈教授分享了硅基太赫兹收发机系统在传感和探测中的优势。通过引入片上魔T结构构建硅基太赫兹收发机系统，通过对输入输出匹配不同的极化方案从而实现端口之间的高隔离度。与此同时，其团队结合低损耗双工器以及槽线功率合成方案，进一步提升系统功率，最终硅基太赫兹收发机在134-148GHz范围内实现了25.2dBm的功率，隔离度高达33.3dB。

在提问环节，现场的师生踊跃提问，陈文华教授逐一耐心回答。在问到硅基太赫兹电路是否有可能在其他工艺上得以复现的时候，陈教授解释道由于不同材料的物理性质不同，与之带来的加工工艺是不一样的，同样电路合成方案也不相同。CMOS方案中包含的金属层数更多，能提供更多的设计自由度。此外，陈教授还表示在太赫兹频段，功放器件的研制和测量都还处于起步阶段，未来还有更多的可能性，鼓励同学们专心科研，推动科研领域的进一步前进。报告结束时，电子学院夏明耀教授为陈教授颁发了北京大学电子学院前沿论坛纪念牌，并合影留念。