勞倫斯·利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(LLNL)的工程師們?cè)O(shè)計(jì)了一種新型的激光驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，理論上可以在更高的電壓下實(shí)現(xiàn)比現(xiàn)有光導(dǎo)器件更高的速度。 據(jù)研究小組稱(chēng)，這種裝置的開(kāi)發(fā)可以使下一代衛(wèi)星通信系統(tǒng)能夠以更快的速度和更遠(yuǎn)的距離傳輸更多數(shù)據(jù)。

LLNL和伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校(UIUC)的科學(xué)家們?cè)诎l(fā)表在IEEE電子器件協(xié)會(huì)雜志上的一篇論文中報(bào)告了這種新型光電導(dǎo)裝置的設(shè)計(jì)和模擬。該裝置利用高功率激光器在極端電場(chǎng)下，可以從基礎(chǔ)材料氮化鎵中產(chǎn)生電子電荷云。

與普通半導(dǎo)體不同的是，電子在應(yīng)用電場(chǎng)增加時(shí)移動(dòng)得更快，氮化鎵表現(xiàn)出一種被稱(chēng)為負(fù)差動(dòng)性的現(xiàn)象，即生成的電子云并不分散，而是在電子云的前端才變慢了。研究人員說(shuō)，這使得該設(shè)備在暴露于電磁輻射時(shí)，能夠在接近一太赫茲的頻率下產(chǎn)生極快的脈沖和高電壓信號(hào)。

"這個(gè)項(xiàng)目的目標(biāo)是建立一個(gè)比現(xiàn)有技術(shù)強(qiáng)大得多的裝置，但也能在非常高的頻率下工作，"LLNL工程師和項(xiàng)目主要研究人員Lars Voss說(shuō)。"它以一種獨(dú)特的模式工作，輸出脈沖實(shí)際上可以比激光器的輸入脈沖在時(shí)間上更短--幾乎像一個(gè)壓縮裝置。你可以將光學(xué)輸入壓縮成電輸出，所以它讓你有可能產(chǎn)生極高速和極高功率的無(wú)線電頻率波形。"如果論文中建模的光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)能夠?qū)崿F(xiàn)，它可以被小型化并納入衛(wèi)星，以實(shí)現(xiàn)5G頻率以外的通信系統(tǒng)，有可能以更快的速度和更遠(yuǎn)的距離傳輸更多數(shù)據(jù)。

Voss補(bǔ)充說(shuō)，大功率和高頻率技術(shù)是固態(tài)設(shè)備尚未取代真空管的最后一個(gè)領(lǐng)域。它們能夠在超過(guò)300千兆赫(GHz)的頻率下工作，同時(shí)提供一瓦或更高的輸出功率的新的緊湊型半導(dǎo)體技術(shù)在此類(lèi)應(yīng)用中需求量很大，雖然一些高電子遷移率晶體管可以達(dá)到高于300GHz的頻率，但它們的能量輸出通常是有限的。

"這種新開(kāi)關(guān)的建模和模擬將為實(shí)驗(yàn)提供指導(dǎo)，降低測(cè)試結(jié)構(gòu)的成本，通過(guò)防止試錯(cuò)來(lái)提高實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的周轉(zhuǎn)率和成功率，并能夠正確解釋實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，"主要作者Shaloo Rakheja說(shuō)，他是電子和計(jì)算機(jī)工程系的助理教授和UIUC的Holonyak微觀和納米技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的常駐教員。

研究人員正在LLNL建造這些開(kāi)關(guān)，并正在探索其他材料，如砷化鎵，以優(yōu)化性能。"與氮化鎵相比，砷化鎵在較低的電場(chǎng)下表現(xiàn)出負(fù)的差動(dòng)性，所以它是一個(gè)很好的模型，可以通過(guò)更多的測(cè)試來(lái)了解該效應(yīng)的權(quán)衡，"LLNL博士后研究員和共同作者Karen Dowling說(shuō)。

關(guān)鍵詞： 工程師們 下一代通信 激光驅(qū)動(dòng) 半導(dǎo)體