Una vista semplificata del diodo tunneling risonante a base di nitruro di gallio sviluppato presso la divisione di scienza e tecnologia elettronica del Laboratorio di ricerca navale degli Stati Uniti e le sue caratteristiche prestazionali. I ricercatori della NRL prevedono che questa RST consentirà tecnologie oltre il 5G e ha creato un processo per fornire una resa di produzione di circa il 90%. Credito:grafica NRL di Tyler Growden.
Davide Tempesta, un fisico ricercatore, e Tyler Growden, un ingegnere elettrico, sia con l'U.S. Naval Research Laboratory, ha sviluppato un nuovo componente elettrico a base di nitruro di gallio chiamato diodo a effetto tunnel risonante (RTD) con prestazioni oltre la velocità prevista del 5G.
La tecnologia di rete di quinta generazione sta appena iniziando a diffondersi negli Stati Uniti.
I risultati della ricerca sui diodi dei componenti elettronici di Storm and Growden sono stati pubblicati il 19 marzo 2020 nella rivista accademica Lettere di fisica applicata .
"Il nostro lavoro ha dimostrato che gli RTD a base di nitruro di gallio non sono intrinsecamente lenti, come suggerito da altri, " Growden ha detto. "Si confrontano bene sia in frequenza che in potenza di uscita con RTD di materiali diversi".
I diodi consentono un trasporto estremamente veloce di elettroni per sfruttare un fenomeno chiamato tunneling quantistico. In questo tunnel, gli elettroni creano corrente muovendosi attraverso barriere fisiche, sfruttando la loro capacità di comportarsi sia come particelle che come onde.
Il design di Storm and Growden per i diodi a base di nitruro di gallio mostrava le uscite di corrente record e le velocità di commutazione, consentendo applicazioni che richiedono elettromagnetismo nella regione delle onde millimetriche e frequenze in terahertz. Tali applicazioni potrebbero includere comunicazioni, rete, e percependo.
Il team ha sviluppato un processo ripetibile per aumentare la resa dei diodi a circa il 90%; i rendimenti tipici precedenti oscillano intorno al 20%.
Davide Tempesta, un fisico ricercatore, e Tyler Growden, un ricercatore post-dottorato del Consiglio Nazionale delle Ricerche, presso il Laboratorio di ricerca navale degli Stati Uniti con il loro sistema di epitassia a fascio molecolare che sviluppa semiconduttori a base di nitruro di gallio (GaN) a Washington, DC, 10 marzo 2020. Storm e Growden hanno pubblicato la loro ricerca sui materiali semiconduttori GaN, che ha mostrato un'elevata resa e prestazioni adatte per dispositivi elettronici ad alta frequenza e alta potenza nelle lettere di fisica applicata. Credito:foto della Marina degli Stati Uniti di Jonathan Steffen
Storm ha affermato che ottenere un'elevata resa di dispositivi di tunneling operativi può essere difficile perché richiedono interfacce affilate a livello atomico e sono molto sensibili a molte fonti di dispersione e perdite.
Preparazione del campione, crescita uniforme, e un processo di fabbricazione controllato in ogni fase erano gli elementi chiave per i risultati soddisfacenti dei diodi su un chip.
"Fino ad ora, era difficile lavorare con il nitruro di gallio dal punto di vista della produzione, " Tempesta ha detto. "Odio dirlo, ma il nostro alto rendimento era semplice come cadere da un tronco, e molto è dovuto al nostro design."
Storm e Growden hanno affermato di essere impegnati a continuare a perfezionare il loro design RTD per migliorare l'uscita di corrente senza perdere il potenziale di potenza. Hanno svolto il loro lavoro insieme ai colleghi della Ohio State University, Wright State University, così come i partner del settore.
