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勞倫斯·利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室(LLNL)的工程師們設(shè)計(jì)了一種新型的激光驅(qū)動半導(dǎo)體開關(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，這種裝置的開發(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)家們在發(fā)表在IEEE電子器件協(xié)會雜志上的一篇論文中報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)用電場增加時移動得更快，氮化鎵表現(xiàn)出一種被稱為負(fù)差動性的現(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，這使得該設(shè)備在暴露于電磁輻射時，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。
"這個項(xiàng)目的目標(biāo)是建立一個比現(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。"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間上更短--幾乎像一個壓縮裝置。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線電頻率波形。"如果論文中建模的光電導(dǎo)開關(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，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一個領(lǐng)域。它們能夠在超過300千兆赫(GHz)的頻率下工作，同時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。
"這種新開關(guān)的建模和模擬將為實(shí)驗(yàn)提供指導(dǎo)，降低測試結(jié)構(gòu)的成本，通過防止試錯來提高實(shí)驗(yàn)室測試的周轉(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，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下表現(xiàn)出負(fù)的差動性，所以它是一個很好的模型，可以通過更多的測試來了解該效應(yīng)的權(quán)衡，"LLNL博士后研究員和共同作者Karen Dowling說。
(原標(biāo)題：工程師們設(shè)計(jì)出用于下一代通信的激光驅(qū)動半導(dǎo)體開關(guān))
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