阿德莱德大学打破：太赫兹手艺助力非侵入式实时观测芯片晶体管举动

阿德莱德大学的研究团队在半导体测试领域实现了一项关键技术突破，通过太赫兹辐射首次实现了对运行中芯片内部晶体管活动的非侵入式探测。这项技术无需拆解芯片封装，即可在处理器工作状态下实时观察其内部结构，为芯片故障诊断和性能优化提供了全新手段。

太赫兹波是介于微波与红外线之间的电磁波，频率范围为0.1-10 THz，波长在30至3000微米之间。这种特殊频段的电磁波具有穿透非极性材料、非电离辐射安全性高、对微小结构敏感等特性，理论上可穿透芯片封装材料直接探测内部电路。然而，由于太赫兹波长（约300微米）远大于晶体管尺寸（纳米级），传统检测方法难以捕捉反射信号的细微变化，导致实际应用长期受限。

研究团队通过改造实验室设备矢量网络分析仪（VNA）突破了这一瓶颈。该设备首先生成已知频率和相位的微波信号，经频率扩展器转换为太赫兹波后，通过聚焦透镜照射到通电工作的芯片表面。当内部晶体管进行开关切换时，会反射携带状态信息的太赫兹信号，接收器将这些信号下变频回微波频段，通过分析幅度和相位的微小差异还原晶体管工作状态。

团队成员Withawat Withayachumnankul透露，原设备仅设计用于微波频率比对，而太赫兹信号的物理尺寸比被探测对象更大，导致反射信号变化极难捕捉。为解决这一问题，研究团队开发了零差正交接收器，这是目前唯一能检测两个频率间微小差异的设备，同时可有效抑制振荡器噪声干扰。"我们不得不重新设计接收器的核心组件，使其能在太赫兹频段工作。"他解释道。

这项技术的核心优势在于实现了真正的非侵入式诊断。传统测试工具要么需要停止芯片运行，要么必须破坏封装结构，而太赫兹探测技术允许技术人员在不损坏芯片的情况下，直接观察运行中晶体管的开关行为。这对于分析处理器瞬态故障、优化芯片设计参数具有重要价值，特别是在高性能计算和人工智能芯片领域，可显著缩短产品开发周期。