美国海军研究实验室创造出超越5G性能的氮化镓基(GaN)半导体

美国海军研究实验室(NRL)物理学家开发出了一种新型基于氮化镓的电子元件,称为谐振隧穿二极管(RTD),其性能超过了5G预期速度。这种第五代网络技术现在刚刚开始在美国各地推广。

美国海军研究实验室创造出超越5G性能的氮化镓基(GaN)半导体
研究团队设计的分子束外延系统,开发出氮化镓基(GaN)半导体,显示出高产量和高性能,非常适合高频和高功率电子设备

该研究工作表明,基于氮化镓RTD并不像其他人所认为的那样速度很慢,它们在频率和输出功率上都比不同材料的RTD好。

这种二极管利用一种称为量子隧穿的现象可以实现电子极速传输。在这种隧穿过程中,电子穿过物理屏障,利用其作为粒子和波的能力产生电流。

该研究设计的氮化镓基二极管显示出创纪录的电流输出和开关速度,使需要毫米波段和太赫兹频率的电磁学应用成为可能。这些应用可能包括通信、网络和传感等。

该团队开发了一种可重复的工艺,将二极管的良率提高到约90%;以前良率约为20%。完成高良率的可操作隧道器件是很困难的,因为它们需要在原子水平上有尖锐的界面,并且对许多散射和泄漏源非常敏感。

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样品制备、均匀生长和每一步可控制备过程是二极管在芯片上获得满意结果的关键因素。直到现在为止,从制造的角度来看,氮化镓是很难处理的。该研究中高良率很大程度上归功于团队的创新设计。研究人员长期致力于完善他们的热电阻设计,在不损失功率潜力的情况下提高电流输出。该团队与俄亥俄州立大学、莱特州立大学的同事以及行业合作伙伴合作完成了这些研究工作。

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