新型激光驱动半导体开关：更快更远的通信传输

2021-06-23 08:39

近日，美国劳伦斯－利弗莫尔国家实验室（LLNL，美国著名国家实验室之一）的工程师们设计了一种新型激光驱动的半导体开关。据工程师们反馈，该半导体开关能够在更高的电压下实现比现有的光导器件更高的速度，因此这种装置的开发可以使下一代卫星通信系统能够以更快的速度往更远的距离传输更多数据。

根据LLNL和伊利诺伊大学厄巴纳－香槟分校（UIUC）的科学家们在发表在IEEE电子器件协会杂志上的一篇论文显示，这种新型光电导装置在高功率激光器的辅助下，于极端电场中的基础材料氮化镓中产生电子电荷云。与普通半导体不同的是，电子随着施加的电场增加而移动得更快，而氮化镓表现出一种称为负微分迁移率的现象，即生成的电子云并不分散，只是运动速度变慢了。

研究人员说：“这使得该设备即使暴露于电磁辐射时，也能够在接近一太赫兹的频率下产生极快的脉冲和高电压信号。”

目前虽然存在一些高电子迁移率晶体管可达到高于300GHz的频率，但它们的能量输出通常是有限的，但这个新型激光驱动半导体显然能够兼顾输入与输出的质量。LLNL工程师Lars Voss表示：“这个激光驱动半导体的输出脉冲实际上可以比输入脉冲用时更短。我们可以将光学输入压缩成电输出，因此极高速和极高功率的无线电频率波形得以产生。如果这个光电导开关能够成型，它甚至可以以迷你级的尺寸纳入卫星之中，作用于5G以外的通信系统。”

实际上，研究人员正在尝试利用其它材料（砷化镓）对这种新开关进一步进行优化。LLNL博士后研究员Karen Dowling说：＂与氮化镓相比，砷化镓能够在较低的电场下表现出负微分迁移率，所以它是一个很好的模型，接下来我们将通过更多的测试来了解该效应的权衡状态。＂

据悉，该项目旨在研发出一个可以在100 GHz和更高功率下运行的传导装置。另外，LLNL团队接下来还将研究激光的加热对电子电荷云的影响，以及在电－光模拟框架下提高这种新型激光驱动的半导体开关运行的可能性。