En förenklad bild av den galliumnitridbaserade resonans tunneldioden utvecklad vid U.S. Naval Research Laboratorys Electronic Science and Technology Division och dess prestandaegenskaper. NRL-forskare förväntar sig att denna FoTU kommer att möjliggöra teknik bortom 5G och skapade en process för att ge ett tillverkningsutbyte på cirka 90 %. Kredit:NRL-grafik av Tyler Growden.
David Storm, en forskningsfysiker, och Tyler Growden, en elingenjör, båda med U.S. Naval Research Laboratory, utvecklat en ny galliumnitrid-baserad elektrisk komponent som kallas en resonant tunneldiod (RTD) med prestanda utöver den förväntade hastigheten på 5G.
Den femte generationens nätverksteknik börjar nu rulla ut över USA.
Storm and Growdens forskningsresultat för elektroniska komponentdioder publicerades 19 mars, 2020 i akademisk tidskrift Bokstäver i tillämpad fysik .
"Vårt arbete visade att galliumnitridbaserade RTD inte är långsamma i sig, som andra föreslog, "Sade Growden. "De jämför väl i både frekvens och uteffekt med RTD:er av olika material."
Dioderna möjliggör extremt snabb transport av elektroner för att dra fördel av ett fenomen som kallas kvanttunneling. I den här tunneln, elektroner skapar ström genom att röra sig genom fysiska barriärer, dra nytta av sin förmåga att bete sig som både partiklar och vågor.
Storm och Growdens design för galliumnitridbaserade dioder visade rekordströmutgångar och omkopplingshastigheter, möjliggör applikationer som kräver elektromagnetik i millimetervågområdet och frekvenser i terahertz. Sådana applikationer kan innefatta kommunikation, nätverk, och avkänning.
Teamet utvecklade en repeterbar process för att öka diodernas utbyte till cirka 90%; tidigare typiska avkastningar ligger runt 20 %.
David Storm, en forskningsfysiker, och Tyler Growden, en postdoktor från National Research Council, vid U.S. Naval Research Laboratory med deras molekylära strålepitaxisystem som utvecklar galliumnitrid-baserade (GaN) halvledare i Washington, D.C., 10 mars, 2020. Storm och Growden publicerade sin forskning om GaN-halvledarmaterial, som visade hög kapacitet och prestanda väl lämpad för högfrekventa och högeffekts elektroniska enheter i Applied Physics Letters. Kredit:U.S. Navy foto av Jonathan Steffen
Storm sa att det kan vara svårt att uppnå ett högt utbyte av operativa tunnelanordningar eftersom de kräver skarpa gränssnitt på atomnivå och är mycket känsliga för många källor till spridning och läckage.
Provberedning, jämn tillväxt, och en kontrollerad tillverkningsprocess vid varje steg var nyckelelementen för att dioderna fick tillfredsställande resultat på ett chip.
"Tills nu, galliumnitrid var svårt att arbeta med ur ett tillverkningsperspektiv, " sa Storm. "Jag hatar att säga det, men vår höga avkastning var så enkelt som att falla av en stock, och mycket av det berodde på vår design."
Storm och Growden sa att de är fast beslutna att fortsätta förfina sin RTD-design för att förbättra den nuvarande uteffekten utan att förlora kraftpotential. De utförde sitt arbete tillsammans med kollegor vid Ohio State University, Wright State University, såväl som industripartners.
