Созданы электронные диоды, превышающие производительность для 5G

Исследователи разработали новый резонансный туннельный диод (RTD) с характеристиками, превышающими ожидаемую скорость 5G.

Дэвид Сторм (David Storm), физик-исследователь, и Тайлер Гроуден (Tyler Growden), инженер-электрик, оба из Исследовательской лаборатории ВМС США, разработали новый электрический компонент на основе нитрида галлия, названный резонансным туннельным диодом (RTD), с характеристиками, превышающими ожидаемую скорость 5G.

Результаты исследований электронных компонентов диодов Сторма и Гроудена были опубликованы в академическом журнале Applied Physics Letters.

«Наша работа показала, что RTD на основе нитрида галлия не являются медленными по своей природе, как другие предположили, - сказал Гроуден. - Они хорошо сравниваются по частоте и выходной мощности с RTD из разных материалов».

Диоды позволяют чрезвычайно быстро переносить электроны, чтобы воспользоваться преимуществом явления, называемого квантовым туннелированием. В этом туннелировании электроны создают ток, проходя через физические барьеры, используя свою способность вести себя как частицы и волны.

Конструкция Сторма и Гроудена для диодов на основе нитрида галлия показала рекордные значения выходного тока и скорости переключения, что позволило применять приложения, требующие электромагнитного поля в миллиметровом диапазоне частот и частот в терагерцах. Такие приложения могут включать связь и сетевое взаимодействие.

Команда разработала повторяемый процесс для увеличения выхода диодов примерно до 90%; предыдущие типичные выходы колеблются около 20%.

По словам Сторма, достижение высокой производительности операционных туннельных устройств может быть затруднено, поскольку они требуют четких интерфейсов на атомном уровне и очень чувствительны ко многим источникам рассеяния и утечки.

Подготовка образца, равномерный рост и контролируемый процесс изготовления на каждом этапе были ключевыми элементами для удовлетворительных результатов диодов на чипе.

«До сих пор с нитридом галлия было трудно работать с точки зрения производства, - сказал Сторм. - Мне неприятно это говорить, но наша высокий выход был такой же простой, как падение с бревна, и во многом это было связано с нашим дизайном».

Сторм и Гроуден заявили, что они намерены продолжать совершенствовать свою конструкцию RTD, чтобы улучшить выходной ток без потери потенциала мощности. Они выполняли свою работу вместе с коллегами из Университета штата Огайо, Университета штата Райт, а также с отраслевыми партнерами.

Дэвид Сторм, физик-исследователь, и Тайлер Гроуден, научный сотрудник Национального исследовательского совета, в Исследовательской лаборатории ВМС США с их системой молекулярно-лучевой эпитаксии, которая разрабатывает полупроводники на основе нитрида галлия (GaN)