近日，南京电子器件研究所在太赫兹固态技术领域取得突破性进展，成功研制出基于氮化镓（GaN）太赫兹单片集成电路技术的高性能340GHz倍频链，为高效产生太赫兹频段大功率信号提供了新方案。相关成果以“A 340-GHz frequency multiplier chain based on GaN monolithic integrated circuit technology”为题发表于《Infrared Physics and Technology》（https://doi.org/10.1016/j.infrared.2025.106091），郑艺媛博士、张凯博士为论文通讯作者。

太赫兹波具有频带宽、穿透性强、安全性高、方向性好等优势，被视为未来无线通信与多维感知的核心技术，尤其是340GHz频段，在超高速数据传输、高分辨率成像和遥感监测等领域展现出巨大潜力。然而，340GHz频段信号的产生面临严峻的技术挑战，受限于半导体材料的物理特性以及太赫兹频段的传输损耗，太赫兹固态源输出功率极低，制约了相关应用的进一步发展。宽禁带半导体材料GaN击穿电场强度高，相比砷化镓（GaAs）具有更强的功率承载能力，为大功率太赫兹固态源的实现带来可能。

本研究采用GaN太赫兹单片集成电路技术，结合多阳极GaN SBD阵列拓扑与高热导率碳化硅（SiC）衬底材料，实现高耐功率增强型散热结构，提高器件功率承载能力的同时大幅降低管芯区域热积累，并通过单片集成工艺有效避免分立二极管的装配误差，提升太赫兹倍频器的性能及可靠性。研究同时提出新的偏置电路，可实现对倍频SBD工作点的调节以获得最优的倍频效率，进而提高倍频输出功率。

本研究340GHz倍频链由170GHz和340GHz两级GaN倍频器组成，可同时支持170GHz和340GHz两个频段的应用需求。实验测得170GHz倍频器连续波输出功率达到411mW，340GHz倍频器连续波输出功率达到82.2mW，320-350GHz连续波输出功率超过50mW，为目前国际报道的最高值，该突破为解决太赫兹频段大功率信号产生这一核心难题提供了新路径，对推动新一代高速无线通信、高分辨率成像和遥感等领域的发展具有重要意义。

图1  340GHz GaN倍频链及实测结果