什么是超表面技术?

在电磁波理论和技能的成长进程中，超原料和超外貌在学术界受到了许多重视。而跟着半导体技能的不绝成长，在学术界热点已久的超原料和超外貌技能找到了和半导体技能团结的一些重要应用，从而可望能将研究转化成现实产物，从这也将成为半导体行业的一个新机遇，从而改变一些重要器件的计划范式。

什么是超外貌技能

在传统的理论中，小于波长的器件对付电磁波的撒播发生的影响有限。因此在传统的电磁波和光学计划中，器件每每是和电磁波的波长靠近（譬喻天线）可能大于波长（譬喻光学计划中的透镜）。

而超原料（以及超外貌）的理论和计划则直接逾越了传统的电磁波计划伶俐。确实，单个小于电磁波波长标准的器件对付电磁波撒播能做的很有限，可是假如把大量小于电磁波波长的器件凭证必然纪律排布起来，则可以以较小的尺寸实现传统电磁波器件的同样成果，乃至实现传统电磁波计划无法实现的特征。所谓超原料，就是指行使大量亚波长尺寸元件凭证必然纪律排布实现特定电磁特征的计划要领，个中包罗把这些亚波长器件凭证特定纪律在一维，二维或三维空间中排布；而超外貌则是超原料中的一种特例，特指把这些亚波长尺寸器件在二维空间中排布实现特定的电磁特征。

超外貌技能和半导体技能团结的动力则来历于应用和半导体技能的成长。起首，在超外貌计划中，必要实现亚波长尺寸的器件，因此必要能实现风雅尺寸的器件。譬喻，在光学应用中，凡是感乐趣的光波长在500nm阁下，为了实现亚波长尺寸的器件凡是必要工艺能完成100nm以下的精度，而今朝来看半导体技能是能实现这类精度的最佳技能。另外，尚有来自应用的敦促，譬喻跟着无线技能的成长，感乐趣的无线频段的频率越来越高，因此波长也越来越小，跟着太赫兹技能（>300GHz频段）应用逐渐进入人们的视野，行使半导体技能来实现针对太赫兹频段的超外貌阵列也成为了一个超外貌很有远景的偏向。

半导体超外貌光学技能

超外貌光学技能首要行使超外貌的计划要领来更换传统的光学计划，可能来实现传统光学计划无法实现的一些新成果。

在更换传统光学计划方面，超外貌光学技能的一个重要应用在于微型透镜计划。在传统的基于折射透镜的光学计划中，可见光透镜的尺寸难以做小，因此对付将来一些对付尺寸和重量都有要求的应用（如下一代智妙手机和ARVR装备）新的尺寸更小重量更轻的透久魅正在获得越来越多的重视，而超外貌技能则能很好地满意这一需求。超外貌透镜通过在硅可能玻璃晶元上行使半导体光刻技能来实现大局限亚波长标准器件阵列可以大大缩小透镜的尺寸，并晋升透镜的各项参数（譬喻透光服从等）。譬喻，超外貌研究规模的领武士物，哈佛大学传授FedericoCapasso就提出了一种行使成熟的DUV技能实现的大局限超外貌透镜，可以在平面玻璃晶圆上实现传统必要凸透镜才气实现的成果，从而大大减小光学计划所必要的尺寸，厚度和重量。

除了轻浮透镜之外，超外貌透镜还能实现传统光学计划难以实现的成果。譬喻，通过超外貌计划节制入射光的偏振特征，可以很轻易就实现偏振光成像。其它，超外貌还可以很利便地实现高机能光频率的选择特征，因此通过超外貌透久魅阵列可以实现微型光频谱仪等。这些传统透镜无法实现的特征也许会在下一代呆板视觉应用中有重要应用，譬喻通过偏振成像可以辅佐帮助驾驶在雨雪气候完成高质量路面视觉检测，而频谱仪则可以用来说明产物质量，化学因素等等。

超外貌光学计划的另一个重要刷新点在于可以实现半导体光学。在传统的图像传感器模组计划中，凡是图像传感器芯片和光学透镜计划在完全差异的工艺和计划流程中实现，然后再完成组装的进程。因为行使了完全差异的工艺，因此组装进程本钱较高。而行使超外貌光学之后，图像传感器和透镜计划都可以在半导体工艺实现，而两者也可以利便得行使成熟的半导体封装技能以很低的本钱和很高的良率封装到一路。因此，我们以为，超外貌光学计划也许会给图像传感器模组的计划带来革命性的改变。

半导体超外貌太赫兹技能

除了光学计划之外，超外貌在无线应用，尤其是毫米波和太赫兹波段的应用中也很是有远景。

跟着无线波段频率的升高，电磁波在撒播进程中的衰减凡是城市变大，而同时在电磁波发射和吸取进程中的能量丧失也会变大。因此，在无线应用频率升高的同时，一个重要的技能变革是对付这些行使很是高频率电磁波的应用城市必要对电磁波波束做更多处理赏罚，譬喻进步波束的空间偏向性以确保电磁波的能量都齐集在特定的偏向（譬喻瞄准吸取机的空间方位）。

毫米波和太赫兹技能对付波束的越来越伟大的处理赏罚也使得超外貌有了可用武之地。通过特定的亚波长尺寸元件阵列计划，超外貌可以实现伟大样式的波束成形，包罗电磁波的幅度和相位的准确漫衍节制。更重要的是，行使CMOS技能实现的超外貌可以集成晶体管，从而可以行使晶体管来动态节制超外貌器件阵列的开关并及时节制超外貌的波束成形特征。

超外貌用于无线技能偏向的一个重要研究是普林斯顿大学KaushikSengupta研究组于上个月颁发在《天然·电子学》杂志上的论文，该论文中行使65nm尺度CMOS工艺实现了一个用于太赫兹频段的超外貌芯片，该芯片可以准确实现太赫兹频段的波束节制，而且在超外貌中集成了CMOS开关，从而可以动态节制超外貌的特征。

半导体超外貌带来的范式转换和中国的机遇

半导体超外貌技能在光学和无线通讯规模都带来了全新的范式转换机遇：电磁计划正在从传统的经典宏观器件计划走向由微型器件阵列实现的超外貌。在这个进程中，超外貌可以实现电磁计划的小型化，并能实现一些传统计划无法完成的特征，包罗电磁特征的动态节制等等。通过行使半导体超外貌计划，电磁计划的自由度大大上升，同时怎样能计划出高机能的超外貌也成了一件越发有技能含量的事变。

对付中国来说，半导体超外貌技能将是一个庞大的机遇。一方面，半导体超外貌技能可以行使传统半导体工艺（如65nm）实现，因其中国在这个规模并没有卡脖子的题目。另一方面，中国在超原料和超外貌规模的研究已经有不错的蕴蓄，而在光学技能和无线技能等半导体超外貌的应用规模也有足够完备的财富链，假如能在今朝阶段越发重视超外貌以及半导体的团结，将来可望能成为该规模在环球的领跑者。

（编辑：湖南网）

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