Huonelämpöinen terahertsipiiri avaa oven 6G-verkkoihin

Nagoyan yliopiston tutkijat kehittivät ensimmäisen GeSn-pohjaisen ryhmän IV resonanssitunnelointidiodin, joka toimii huoneenlämmössä

Japanilaisen Nagoyan yliopiston tutkijat ovat kehittäneet ensimmäisenä maailmassa huoneenlämmössä toimivan resonanssitunnelidiodin (RTD), joka on valmistettu kokonaan ryhmän IV puolijohdemateriaaleista.

Huoneenlämmössä toimivan RTD:n kehittäminen tarkoittaa, että laitetta voitaisiin ottaa käyttöön laajamittaisesti seuraavan sukupolven langattomissa viestintäjärjestelmissä. Myrkyttömien ryhmän IV puolijohdemateriaalien käyttö tukee myös kestävämpiä valmistusprosesseja.

Tämä tutkimus on käänteentekevä askel kohti terahertsitaajuisia langattomia komponentteja, jotka tarjoavat ennennäkemättömän nopeuden ja tiedonkäsittelykapasiteetin sekä erinomaisen energiatehokkuuden.

”Verrattuna InGaAs-pohjaisiin ryhmän III-V RTD-laitteisiin, jotka sisältävät myrkyllisiä ja harvinaisia alkuaineita, kuten indiumia ja arseenia, ryhmän IV yhdisteisiin perustuvat RTD-laitteet ovat turvallisempia, halvempia ja tarjoavat etuja integroitujen tuotantoprosessien luomisessa”, sanoo vanhempi kirjoittaja, tohtori Shigehisa Shibayama.

Tutkijat ovat pitkään kamppailleet saavuttaakseen kuudennen sukupolven (6G) matkapuhelinverkkojen edellyttämän nopean ja suuren datamäärän siirron. Yksi lupaava ratkaisu on langaton viestintä terahertsiaaltojen avulla, jotka mahdollistavat erittäin nopean datansiirron. Ennen kuin tämä teknologia voidaan ottaa käyttöön kuluttajasovelluksissa, on kuitenkin vielä monia teknisiä haasteita.

Terahertsisen tiedonsiirron toteuttamisen kannalta kriittinen komponentti on RTD. Tämä kvanttikomponetti toimii negatiivisen differentiaalisen resistanssin avulla, mikä on epälooginen ominaisuus, jossa jännitteen nostaminen itse asiassa pienentää virtaa. Oikein suunnitellussa piirissä diodit pystyvät tämän ominaisuuden ansiosta ylläpitämään korkeataajuisia värähtelyjä, jotka muuten vaimenevat sähköisten häviöiden vuoksi.

RTD:n salaisuus piilee sen kaksoisesterakenteessa, jossa elektronit tai aukot tunneloivat erilaisten puolijohdemateriaalien kerrosten läpi, joista jokainen on vain muutaman atomin paksuinen. Nämä kerrokset on pääasiassa valmistettu InGaAs-pohjaisista III-V-ryhmän materiaaleista, jotka sisältävät myrkyllisiä ja harvinaisia alkuaineita, kuten indiumia ja arseenia.

Tutkijaryhmän aiemmassa tutkimuksessa tutkijat loivat p-tyypin RTD:n käyttäen vain ryhmän IV materiaaleja, erityisesti germanium-tina (GeSn) ja germanium-pii-tina (GeSiSn) -seoksia. Yksi rajoitus oli, että diodi toimi vain erittäin matalissa lämpötiloissa, noin -263 °C:ssa.

Shibayama ja hänen kollegansa ovat nyt keksineet, kuinka käyttää vain ryhmän IV materiaaleja p-RTD:n tuottamiseen, joka toimii noin 27 °C:n huoneenlämmössä. Tämä merkittävä parannus avaa uusia mahdollisuuksia terahertsisten puolijohdekomponenttien laajamittaiselle käyttöönotolle.

Aiheesta aiemmin:

Erittäin korkeat modulaatiosyvyydet terahertsimodulaattoreissa

Liikkuvan yhteyden löytäminen terahertseillä

Langattoman viestinnän tulevaisuus on terahertseissä