無線網路技術終有一天將透過無線電波傳輸高畫質影片內容和其他大型資料檔案,速度將遠超目前有線系統的傳輸速度。但這需要驅動計算機和射頻系統的電子技術取得重大進展,才能構建如此強大的無線高速公路。
此類系統最基本的例子之一是配備無線連線無線電裝置的筆記型電腦。計算機的效能通常透過升級數字半導體效能得到提升:縮小半導體電晶體的尺寸以提高事務處理速度,在晶片上封裝更多電晶體以提高處理能力,甚至用諸如砷化鎵或磷化銦等化合物代替矽,這些化合物允許電子以更高的速度移動。
一家公司認為,從無線電方面挖掘更高效能的關鍵在於使用金屬-絕緣體元件。“我們可能正處於另一個轉折點,我們將擁有金屬-絕緣體電子器件,而不是固態半導體電子器件,”科羅拉多州博爾德市 Phiar 公司的首席技術官兼董事長 Garret Moddel 說。
支援科學新聞事業
如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞事業: 訂閱。透過購買訂閱,您將幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的報道能夠持續下去。
Moddel 有充分的理由相信這一點,因為他的公司使用金屬-絕緣體技術製造二極體、射頻 (RF) 探測器和 RF 接收器。
儘管 Phiar 的技術明年才能上市,但該公司的方案有望透過引入更簡單、更經濟的製造工藝來提高無線網路的效能並降低成本。該公司透過使用奈米級厚度的金屬和絕緣體堆疊(幾十埃,長度單位,等於十億分之一米;原子之間的空間通常為兩到三埃)來建立高達三太赫茲的高頻。(太赫茲是萬億赫茲,比千兆赫茲級處理器快一千倍,但比光纖網路慢。)
“我們正在彌合光子學和電子學之間的效能差距,”Phiar 公司業務發展總監 Adam Rentschler 說。
傳統的半導體是使用矽基襯底(製造半導體器件的材料)構建的,但金屬-絕緣體電子器件可以在不太昂貴的玻璃、金屬或塑膠襯底上製造。Phiar 的方法是在雙層絕緣層的兩側放置兩層金屬層。當施加電壓時,電子在絕緣層之間形成的“量子阱”的幫助下隧穿絕緣層。
Phiar 不會具體說明它使用哪些金屬,這是一個商業機密,但表示它們是無定形的而不是晶體,就像矽一樣。這意味著這些金屬可以層疊在各種其他物質之上,包括標準的互補金氧半導體 (CMOS) 電路。因此,Phiar 的金屬-絕緣體二極體或其他電氣元件可以與同一微晶片上的半導體結合使用。其他潛在的選擇包括:使用金屬-絕緣體無線電裝置來代替當今印表機電路板上的銅晶片到晶片互連線,從而消除計算機運算中最嚴重的效能瓶頸之一。在更遙遠的將來,金屬-絕緣體器件甚至可以取代半導體內的數字電晶體。
Phiar 的技術預計將透過一系列合作關係進入市場。Phiar 和摩托羅拉公司去年簽署了一項聯合開發協議,該協議可能使 Phiar 的金屬-絕緣體電子器件成為摩托羅拉正在開發的 60 吉赫茲移動無線高畫質多媒體介面和成像技術的組成部分。摩托羅拉已成功將 Phiar 的金屬-絕緣體二極體整合到 60 吉赫茲原型系統中,並展示了每秒多千兆位的資料速率。
在 60 吉赫茲(波長僅為幾毫米)下執行的能力對於摩托羅拉和其他技術供應商希望提供的無線個人區域網路 (PAN) 至關重要。雖然 Wi-Fi 訊號(在不高於 5.8 吉赫茲的頻率下執行)可以穿透牆壁、玻璃和其他障礙物,使一個無線接入點能夠為整個家庭提供服務,但 60 吉赫茲訊號更容易被限制。這意味著一個家庭可以在一個房間內擁有一個 60 吉赫茲網路,而在隔壁房間擁有完全不同的 60 吉赫茲設定(因此得名“個人區域”網路)。在更寬的頻寬 60 吉赫茲範圍內執行也提高了 Wi-Fi 資料傳輸速度。
“轉向更高頻率的關鍵點在於有更多的頻寬可用,這意味著速度更快,”Moddel 說。這轉化為透過無線網路更快地傳輸內容,這非常重要,因為對大型資料檔案和影片內容的需求正在上升。
Phiar 的技術非常適合製造無線電裝置,因為金屬-絕緣體電子器件可以檢測到比矽基半導體更高的頻率訊號。“Phiar 的技術大大提高了檢測傳入訊號的速度,”位於亞利桑那州斯科茨代爾的技術研究公司 In-Stat 的高階分析師 Ian Lao 說,該公司是技術出版商 Reed Elsevier, Inc. 的一個部門。這對於開發能夠快速檢測和準確讀取無線訊號的新型感測器和電信裝置具有許多意義。
這可能是高速通訊網路中的一個有用元件,“無線公司希望為其基站配備的那種東西,”亞利桑那州立大學電氣工程教授兼該校應用奈米離子中心主任 Michael Kozicki 說。Phiar 技術可能成為成像系統的核心組成部分,例如機場安檢裝置,這些裝置依靠太赫茲速度的輻射掃描乘客是否攜帶違禁品,穿透對可見光或紅外輻射不透明的材料。
摩托羅拉和 Phiar 的方法預計將面臨來自許多渴望將無線通訊速度提升到 Wi-Fi 速度以上的公司的競爭。IBM 和臺灣半導體制造商聯發科技 (Mediatek, Inc.) 正在開發自己的超高速晶片組,該晶片組可以無線方式向家用 PC、手持裝置、零售亭或電視機發送和接收完整的高畫質電影。IBM 和聯發科技計劃最終開發出使用毫米波無線電技術將高畫質電視無線連線到機頂盒的方法,該技術利用無線電頻譜中頻率最高的部分,可以在其中快速傳送大量資訊。
這些公司將把 IBM 的毫米波長無線電晶片、天線和封裝技術與聯發科技的數字基帶和影片處理晶片整合在一起。IBM 在兩年前展示了一個原型封裝晶片組,其大小與一角硬幣相當,可以無線傳輸未壓縮的高畫質影片。
“不要拋售你在所有這些矽公司的股票,因為這在任何方面、形式或形狀上都不能替代矽,”Kozicki 說。儘管 Phiar 的金屬-絕緣體技術可能成為未來高頻成像系統或通訊網路裝置的關鍵元件,但它並非旨在執行矽擅長的那種處理。