Наука и технологии - Оптика

Исследователи Иллинойского университета сконструировали светоизлучающий транзистор, который установил новый рекорд частоты модуляции света – 4,3 ГГц, превысив более чем в два раза предыдущий – 1,7 ГГц, принадлежавший светодиоду. Не остановившись на этом, они соединили внутри базу и коллектор, создав новую форму светодиода с частотой модуляции 7 ГГц.

Частота модуляции светодиода и светоизлучающего транзистора ограничивается скоростью рекомбинации электронов и дырок. При медленном процессе рекомбинации частота модуляции светодиода не превышает обычно 1,7 ГГц, что соответствует времени жизни носителей 100 пикосекунд. Более 40 лет ученые думали, что преодолеть 100-пикосекундный барьер невозможно.

Достичь времени рекомбинации менее 100 пс в светодиодах не удается вследствие одинаковой концентрации электронов и дырок, инжектируемых в активную зону для сохранения нейтральности. Заряды как бы выстраиваются в очередь для рекомбинации. Чтобы уменьшить время рекомбинации в светодиодах, необходимо крайне высокий уровень инжекции и очень высокая концентрация зарядов. Однако эти условия не являются необходимыми в транзисторах.

В отличие от диода транзистор не хранит заряды. Они доставляются в активную зону квантовых ям транзистора, где либо почти мгновенно рекомбинируют, либо покидают устройство. Заряды не становятся в очередь в ожидании рекомбинации с противоположно заряженными двойниками.

Чтобы увеличить частоту модуляции своих светоизлучающих транзисторов, исследователи уменьшили размеры эмиттера, увеличили толщину коллектора и использовали специальный дизайн внутреннего общего коллектора. Эти изменения позволили повысить частоту сигнала при очень низком уровне тока и диссипации тепла.

«Быстрый» рекомбинационный процесс позволил получить частоту модуляции света 4,3 ГГц, что соответствует времени жизни зарядов 37 пс. «В светоизлучающем транзисторе третий электрод, коллектор, эффективно «отклоняет» заряды и удаляет носители с большим временем рекомбинации, - говорит Ник Холоньяк (Nick Holonyak), профессор Иллинойского университета, изобретатель лазерного светодиода.

– В противоположность «скоплению» зарядов в обычном диоде, условия динамического «отклонения» потока зарядов в базе транзистора управляется коллектором на фоне конкуренции с процессами рекомбинации в базе. Если заряд не рекомбинирует и не излучает фотон достаточно быстро, он «выметается» током коллектора».

Предотвращая накопление «медленных» зарядов в базе, «быстрая» пикосекундная рекомбинационная динамика также обеспечивает основу для получения из светоизлучающего транзистора нового типа светодиодов путем внутреннего перемонтажа.

Элтайм.ру, по материалам КО