Терагерцовое излучение ускорит транзисторы в тысячу раз

20 декабря 2011 года

Короткий импульс терагерцового излучения увеличивает количество свободных электронов и тем самым поднимает максимально возможную скорость работы транзисторов и лазеров на основе соединения галлия и мышьяка примерно в тысячу раз, заявляют японские физики в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.

Устройства на базе арсенида галлия (широко используемого полупроводника в военной и высококачественной гражданской электронике) практически по всем параметрам превосходят электронику на основе кремния. Как правило, чипы на основе этого соединения работают быстрее и выделяют значительно меньше тепла по сравнению с кремниевыми аналогами. Кроме того, арсенид галлия может использоваться в качестве основного компонента высокоскоростных устройств передачи данных. Однако широкому распространению этого полупроводника мешают его высокая стоимость, токсичность и сравнительно низкая теплопроводность.

Группа японских физиков под руководством Хидеки Хирори (Hideki Hirori) из Киотского университета изучала действие терагерцового излучения на свойства фрагмента арсенида галлия.

Как отмечается в статье, терагерцовое излучение относится к числу самых перспективных направлений исследований в области оптики, микроэлектроники и в других высокотехнологичных сферах. В перспективе, волны такого типа можно приспособить для сверхскоростной передачи информации, наблюдения за работой живых клеток в режиме реального времени и множества других целей.

Хирори и его коллеги облучали арсенид галлия короткими импульсами лазера длительностью около одной пикосекунды (10 в минус 12 степени), замеряли количество свободных электронов, "дырок", а также следили за другими физическими параметрами. Они обнаружили, что терагерцовое излучение "размножает" свободные электроны в куске арсенида галлия через своеобразную цепную реакцию.

По расчетам физиков, облучение пластины арсенида галлия породило в ней сильное электрическое поле, которое разогнало свободные электроны в полупроводнике до очень высоких скоростей. Эти частицы столкнулись с некоторыми атомами галлия и мышьяка и выбили другие электроны, в результате чего часть атомов перешла в ионизированное состояние. Благодаря этому количество свободных электронов и "дырок" - посадочных мест для носителей заряда - заметно увеличилось.

Как отмечают исследователи, количество и плотность свободных зарядов при облучении на пике мощности терагерцового излучателя увеличилось на два порядка, то есть примерно в тысячу раз.

Ученые считают, что их открытие поможет создать высокоскоростные фотодиоды и транзисторы, а также позволит улучшить существующие технологии изготовления солнечных батарей на основе арсенида галлия.