Современная электроника №9/2022

КОМПЕТЕНТНОЕ МНЕНИЕ 44 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2022 Рис. 4. Мощности излучения ночного космического пространства и тепловое излучение человеческого тела и жилой комнаты 2. Наличие в России фундаментальных теоретических наработок в области генерации усиления, приёма и транспорта терагерцовой энергии в твёрдых телах, уникальных новых материалов, прикладных технологий Шкаладлинволнвтерагерцовомдиапа- зоненаходитсявпределах λ =1мм…1мкм, или это частоты3 × 10 11 …3 × 10 14 Гц. Предельные частоты генерации уси- ления и приёма на полупроводниковых приборах (pHEMT, MEMT, SBD, HBT) ограничены потолком в 2 ТГц. С учётом «окон прозрачности» в атмосфере в дальнем («чёрном») СВЧ- диапазоне или субтерагерцовом диа- пазоне 240…320 ГГц и далее в диапа- зонах частот 5…7,5; 25…40; 60…75 ТГц совершенно очевидно, что реализо- вать связь, навигацию, локацию в тро- посфере на частотах выше 320 ГГц ( λ чуть меньше 1 мм) невозможно с пози- ции цифровой функции приёма/ передачи, хотя это не отменяет неко- торые другие терагерцовые направле- ния, например, искривление энергии атмосферы («кривое» энергозеркало), или, допустим, на частотах 0,6…5 ТГц можно активировать (ионизировать) молекулу бензольной группы или про- пана, или в функции РЭБ и др. Но в будущей терагерцовой цифровой эко- номике ведущие позиции будет зани- мать широкополосный терагерцовый Интернет. И как итог – применение дрейфового транспорта энергии на носителях заряда в полупроводниках ограничено (например, при рабочих напряжениях 1…3 В) значением ≈ 2 ТГц (борированный дырочный алмаз), а на примере практически самого быстро- го электронного полупроводника – InP (HBT) – потолок рабочих частот огра- ничен 1 ТГц. Следовательно, необхо- димы другие решения транспорта мощной электромагнитной энергии в твёрдых телах в терагерцовом диа- пазоне. Такие фундаментальные реше- ния в отечественной науке и, главное, в электронном отечественном материа- ловедении существуют. На сегодня в РФ их, по крайней мере, четыре, а именно: ● «комнатная» сверхпроводимость в на- ногетероструктурах A IV B IV /A IV (спин- электронная жидкость) (Si/3C-SiC); ● генерация с мелких ионизированных квантово-ямных примесных уровней в кремнии; ● взаимодействие оптических электро- магнитных волн с Бозе – электрон- ной жидкостью в наногетерострук- турах A IV B IV /A IV , (Si/3C-SiC); ● электронно-фононная поляроидная релятивистская проводимость в поля- ризованных диэлектриках (i- Si GaAs Si , тринитридный AlN, Ga 2 O 3 и др.). С учётомфизически и практических доказанных в имеющихся в России уни- кальных материалах и технологиях таких электромагнитных терагерцо- вых функций, как усиление [5, 6], гене- рация [5, 6, 7, 8], а также возможности создания оптических, точнее, фотон- но-фононных терагерцовых компью- теров [8], сверхэнергоплотных СВЧ ВИП, объёмно-акустической фильтра- ции частот (ОАФ взамен низкочастот- ных ПАВ), Россия уже «вчера» могла бы приступить к созданию терагерцовой интеллектуальной цифровой экономи- ки, включая 7G. 3. Терагерцовые технологии для улучшения качества жизни человека Впервые детектирование терагерцо- вого излучения тела в «черноволновом» диапазоне было выполнено 100 лет назад известным английским учёным Г.Х. Харди, иностранным членом-кор- респондентом РАН (1924 г.) и ино- странным почётным членом АН СССР (1934 г.). Многочисленные исследова- ния по изучению электромагнитного излучения человеческого тела были проведены членом-корреспондентом АН СССР и академиком РАНЮ.В. Гуля- евым и д.ф.-м.н. Э.Э. Годиком [3]. С начала 70-х годов терагерцовые технологии резко продвинулись впе- рёд (ИК-фотоприёмники, генераторы излучения – лазеры, диоды на A III B V ). Пик ажиотажа по поводу терагерцо- вых технологий пришёлся на 2003– 2004 гг. и, после спада в 2010 году, резко усилился в текущий период, посколь- ку технологии генерации и приёма терагерцовой энергии попали в число ультрабыстроразвивающихся направ- лений в мире, которые охватывают широкий спектр областей примене- ния: от полимеров, фармацевтики до нефтегазового комплекса, квантовой медицины, цифровой электроники и телекоммуникаций (рис. 5). На мировых терагерцовых техноло- гических площадках ведутся разработ- ки более чем 100 высокотехнологич- ными фирмами таких стран, как США, Китай, Германия, Великобритания, Тайвань, Япония, Франция, Бельгия и др. Разработки и исследования про- водятся и в РФ, в частности, по таким направлениям, как ИК-технологии, вакуумные генераторы (гиротроны, ЛБВ/ЛОВ, твердотельные полупровод- никовые приборы (pHEMT, SBD, ЛПД, HBT)), нанометровые логические циф- ровые системы, квантовые компьюте- ры, зарождаются новые направления, как, например, изотопная память, тера- герцовая медицина и др. (рис. 6). В данной публикации далее будут отражены наиболее востребованные на внутреннем и внешнем рынках тера- герцовые технологии и продукты, где у России есть неплохие шансы на высо- кий уровень доминирования на миро- вом рынке с объёмами, превышаю-