エンジニアは、次世代通信用のレーザー駆動半導体スイッチを設計します

ローレンスリバモア国立研究所（LLNL）のエンジニアは、より高い電圧で既存の光ガイドデバイスよりも理論的に高速を達成できる新しいタイプのレーザー駆動半導体スイッチを設計しました。 研究チームによると、そのようなデバイスの開発は、次世代の衛星通信システムがより速い速度とより長い距離でより多くのデータを送信することを可能にする可能性があります。

LLNLとイリノイ大学アーバナシャンペーン校（UIUC）の科学者は、Journal of the IEEE Electronic Devices Associationに掲載された論文で、この新しいタイプの光伝導デバイスの設計とシミュレーションを報告しました。このデバイスは、高出力レーザーを使用して、極端な電界下で母材の窒化ガリウムから電子電荷雲を生成します。

通常の半導体とは異なり、印加電界が大きくなると電子の移動が速くなり、窒化ガリウムは負の微分と呼ばれる現象を示します。つまり、生成された電子雲は散乱せず、電子雲内にあります。フロントエンドは減速しているだけです。研究者は、これにより、デバイスが電磁放射にさらされたときに1テラヘルツに近い周波数で非常に高速なパルスと高電圧信号を生成できるようになると述べています。

「このプロジェクトの目標は、既存の技術よりもはるかに強力でありながら、非常に高い周波数でも動作できるデバイスを構築することです」と、LLNLのエンジニアでプロジェクトの主任研究員であるLarsVoss氏は述べています。 「これは独自のモードで動作し、出力パルスは実際にはレーザーの入力パルスよりも時間的に短くなる可能性があります。これはほとんど圧縮装置のようです。光入力を電気出力に圧縮できるため、次のことが可能になります。 「超高速・超高出力の無線周波数波形を生成する」「論文でモデル化した光伝導スイッチを実現できれば、小型化して衛星に組み込んで5G周波数外の通信システムを実現することができます。より高速でより多くのデータをより長い距離で送信できます。

Vossは、高出力および高周波技術は、ソリッドステートデバイスが真空管に取って代わっていない最後の分野であると付け加えました。 1ワット以上の出力電力を提供しながら、300ギガヘルツ（GHz）を超える周波数で動作できます。一部の高電子移動度トランジスタは300 GHzを超える周波数を達成できますが、このようなアプリケーションでは新しいコンパクトな半導体技術が強く求められています。それらのエネルギー出力は通常制限されています。

「この新しいスイッチのモデリングとシミュレーションは、実験のガイダンスを提供し、テスト構造のコストを削減し、試行錯誤を防ぐことでラボテストのターンオーバー率と成功率を向上させ、実験データを正しく解釈できるようにします」と筆頭著者Shaloo Rakhejaは、電子コンピュータ工学科の助教授であり、UIUCのHolonyak Micro and NanotechnologyLaboratoryの常駐教員であると述べました。

研究者はLLNLでこれらのスイッチを構築しており、性能を最適化するためにガリウムヒ素などの他の材料を調査しています。 「窒化ガリウムと比較して、ガリウムヒ素はより低い電界下で負の差を示すので、それは良いモデルです。この効果のトレードオフを理解するために、より多くのテストを行うことができます」とLLNLポスドク研究員で共著者のカレンダウリングは言った。

お気に入りかも