圖為馬凱學教授（右二）與團隊主要成員羅宇教授（右三）等在測試芯片
你有沒有發現手機等移動通訊設施用久了信號會變差，也更容易發熱？這與芯片中的射頻損耗有很大關係，而天津大學微電子學院院長馬凱學教授團隊的射頻芯片耦合多諧振電磁調控理論成果，在國際上首創了硅基芯片的電磁耦合調控方式，大幅降低射頻損耗，也使得信號帶寬大幅度提升。日前，記者對話馬凱學教授，了解其如何打破硅基芯片損耗瓶頸，解決芯片損耗、尺寸、成本等難題。
我們日常生活中常見的WiFi、藍牙等無線傳輸模式都是以射頻信號為基礎，因此射頻（含毫米波）芯片是移動通信、衛星通信、雷達感知等系統的核心部分，市場規模達千億元，自主研發意義重大。而低損耗、小型化是這一領域研發的長期追求，與成本、性能、使用壽命等直接相關。目前，全球主流的芯片為硅基，商用硅工藝射頻損耗是長期制約射頻芯片性能的基礎性難題。
馬凱學教授團隊的射頻芯片耦合多諧振電磁調控理論與方法項目成果，突破芯片設計中的常規思維，利用商用硅基工藝結構，開創了射頻芯片電、磁分域儲存域傳輸理念。提出了耦合多諧振電磁調控的理論模型並獲得美國專利授權，突破了硅基射頻電路損耗瓶頸。
被多位領域內權威專家認定是理論聯繫實際的國際原創性成果，帶來相關電路的性能大幅提升，已被業界廣泛採用，成果支撐我國自主研發射頻前端芯片的國家戰略需求，達到國際領先水平。
“幾十年來，硅基芯片射頻損耗相對大是默認的問題。”馬凱學教授說，“我們嘗試從結構上對電和磁耦合能量進行分域儲存和傳輸，例如在硅的製造過程中會形成二氧化硅層，它非常薄、電耦合損耗又非常小，我們就嘗試把電和磁分別設計不同的迴路或區域，讓電能儘可能儲存到二氧化硅層裡邊，磁能則儲存在硅裡邊，從而達到分區儲存，把芯片的射頻損耗降到最低。”
基於射頻芯片耦合多諧振電磁調控理論，開展了相噪、幅度、模式三方面的電磁調控理論與方法創新。例如，該理論指導設計的功率放大器效率大幅提升、帶寬提升31%，為實現高功率寬帶電路提供了新途徑。
近年來，該理論和應用方法不斷完善延展，多個領軍企業獲科研機構專利和論文廣泛採用該模型，並得到轉化應用，成為保障我們日常生活信息化、智慧化的隱形英雄。（記者 安元 攝影 記者 姜寶成）
