Une vue simplifiée de la diode tunnel résonnante à base de nitrure de gallium développée à la division des sciences et technologies électroniques du laboratoire de recherche naval des États-Unis et de ses caractéristiques de performance. Les chercheurs du NRL prévoient que cette RTD permettra des technologies au-delà de la 5G et a créé un processus pour fournir un rendement de fabrication d'environ 90 %. Crédit :graphique NRL par Tyler Growden.
David Tempête, un chercheur en physique, et Tyler Growden, un ingénieur électricien, avec le U.S. Naval Research Laboratory, a développé un nouveau composant électrique à base de nitrure de gallium appelé diode à effet tunnel résonant (RTD) avec des performances supérieures à la vitesse prévue de la 5G.
La technologie de réseau de cinquième génération commence tout juste à être déployée aux États-Unis.
Les résultats de la recherche sur les diodes des composants électroniques de Storm et Growden ont été publiés le 19 mars. 2020 dans la revue académique Lettres de physique appliquée .
"Nos travaux ont montré que les RTD à base de nitrure de gallium ne sont pas intrinsèquement lents, comme d'autres l'ont suggéré, " a déclaré Growden. " Ils se comparent bien en fréquence et en puissance de sortie aux RTD de différents matériaux. "
Les diodes permettent un transport extrêmement rapide des électrons pour profiter d'un phénomène appelé effet tunnel quantique. Dans ce tunnel, les électrons créent du courant en se déplaçant à travers des barrières physiques, profitant de leur capacité à se comporter à la fois comme des particules et des ondes.
La conception de Storm et Growden pour les diodes à base de nitrure de gallium a affiché des sorties de courant et des vitesses de commutation record, permettant des applications nécessitant de l'électromagnétisme dans la région des ondes millimétriques et des fréquences en térahertz. De telles applications pourraient inclure des communications, la mise en réseau, et sentir.
L'équipe a développé un processus reproductible pour augmenter le rendement des diodes à environ 90 % ; les rendements typiques précédents se situent autour de 20 %.
David Tempête, un chercheur en physique, et Tyler Growden, un chercheur postdoctoral du Conseil national de recherches du Canada, au U.S. Naval Research Laboratory avec leur système d'épitaxie par faisceau moléculaire qui développe des semi-conducteurs à base de nitrure de gallium (GaN) à Washington, D.C., 10 mars, 2020. Storm et Growden ont publié leurs recherches sur les matériaux semi-conducteurs GaN, qui a montré un rendement élevé et des performances bien adaptées aux appareils électroniques à haute fréquence et à haute puissance dans Applied Physics Letters. Crédit :U.S. Navy photo de Jonathan Steffen
Storm a déclaré qu'il peut être difficile d'obtenir un rendement élevé de dispositifs de tunnellisation opérationnels car ils nécessitent des interfaces pointues au niveau atomique et sont très sensibles à de nombreuses sources de diffusion et de fuite.
La préparation des échantillons, croissance uniforme, et un processus de fabrication contrôlé à chaque étape étaient les éléments clés des résultats satisfaisants des diodes sur une puce.
"Jusqu'à maintenant, le nitrure de gallium était difficile à travailler du point de vue de la fabrication, " Storm a dit. "Je déteste le dire, mais notre rendement élevé était aussi simple que de tomber d'une bûche, et cela était dû en grande partie à notre conception."
Storm et Growden ont déclaré qu'ils s'engageaient à continuer d'affiner leur conception RTD pour améliorer la sortie actuelle sans perdre le potentiel de puissance. Ils ont effectué leur travail avec des collègues de l'Ohio State University, Université d'État de Wright, ainsi que des partenaires industriels.
