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今日最新《Nature》| 新概念:用于太赫兹应用的电子元设备

今日最新《Nature》| 新概念:用于太赫兹应用的电子元设备

  • 分类:行业动态
  • 发布时间:2023-02-16 16:24
  • 访问量:

【概要描述】

今日最新《Nature》| 新概念:用于太赫兹应用的电子元设备

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2023年2月15日,瑞士研究人员在最新一期《Nature》上发表题为Electronic metadevices for terahertz applications的研究论文,创造性地提出了电子元器件的概念,其射频场的微观操纵实现了卓越的宏观电子器件特性。

原文链接:

https://doi.org/10.1038/s41586-022-05595-z

 

  研究简介  

电子产品的发展很大程度上依赖于通过缩小尺寸,以满足消费者对更快的高度集成设备的持续需求。然而,随着通道长度的不断缩短,传统电子设备面临着阻碍充分发挥材料潜力并最终进一步小型化的根本问题。例如,通过隧道结注入的载流子控制了通道电阻,而高寄生电容极大地限制了最大工作频率。此外,由于电场极高,这些超大尺寸的器件只能容纳几伏电压,这限制了它们的最大传输功率。

本文中研究人员试图突破这种传统的限制,提出了电子元器件的概念,其中射频场的微观操作带来了卓越的电子特性。该器件在深亚波长尺度的集体电磁相互作用的静电控制基础上运行,作为控制传统器件(如二极管和晶体管)中电子流的替代方案。这使得一类新的电子设备具有远超过10太赫兹的截止频率、极高的击穿电压和皮秒级的开关速度。这项工作为下一代超快半导体器件奠定了基础,并提出了一种新的范式,有可能弥合电子和光学之间的差距。

  研究内容解读  

传统的电子器件,如晶体管和二极管,在高频率下的效率仍然很低,远低于半导体材料所带来的潜力。此外,考虑到宽带隙半导体的高临界电场,这样的器件应该能够在OFF状态下保持高达20v的电压。这些数值远高于迄今为止传统高性能电子设备所达到的数值。
本研究提出了电子元器件的概念,其中射频场的微观操纵导致了超出传统电子学所实现的非凡特性。超结构已经彻底改变了光学,使介质呈现超出材料属性的功能。原理是基于亚波长的电磁场操作,这导致了不同的宏观光学性质。
本文中研究人员展示了一个新概念,其中射频场的微观操纵实现了卓越的宏观电子器件特性。这一概念被称为电子元器件,一般可应用于任何半导体平台。利用电子元器件思想,研究人员在高电子迁移率InAIN/GaN平台上实现了高性能太赫兹开关,其在多个方面优于传统半导体器件中的最先进技术,如截止频率FOM,电导和击穿电压。

图1 基于射频场微观操作的电子元器件概念,可产生卓越的电学性能。

图2 电子元器件的高频表征。

图3 超高导和击穿电压的电子元器件。

图4 使用电子元器件的高性能太赫兹数据发射机。

——END——

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