Tvåpoliga enheter är elektroniska komponenter som ansluts till elektriska kretsar via två elektriska terminaler. Även om dessa komponenter är de viktigaste byggstenarna i de flesta befintliga enheter kan de begränsa ett systems prestanda och funktioner.
Forskare vid University of Science and Technology of China (USTC)’s iGAN Laboratory under ledning av professor Haiding Sun och andra institut i Kina har nyligen utvecklat en ny diod med tre terminaler som både kan avge och detektera ljus.
Denna diod, som presenteras i en artikel i Nature Electronics, kan öppna nya möjligheter för utveckling av högpresterande trådlös kommunikation och ljusdrivna datorsystem.
”Vi har inspirerats av de begränsningar som finns i traditionella enheter med två terminaler (t.ex. p-n-diod) och försökt förbättra funktionaliteten och prestandan hos konventionella optoelektroniska enheter”, säger Haiding Sun, huvudförfattare till artikeln, till Tech Xplore.
”Vårt team har utvecklat en multifunktionell enhet som fungerar både som en avancerad ljusemitter och en fotodetektor, vilket avsevärt förbättrar deras kapacitet vid implementering av optisk trådlös kommunikation (OWC) och banar väg för optoelektroniska logiska grindar (OELG) för avancerad optiskt styrd datorteknik.”
Den trepoliga diod som Sun och hans team har konstruerat kombinerar en traditionell galliumnitridbaserad p-n-diod med en ny tredje pol. Den tredje terminalen består av ett dielektriskt metall/Al2O3-skikt som appliceras direkt på p-GaN-skiktet.
”I primärläget som ljusemitter modulerar enheten ljusintensiteten genom att justera den förspänning som läggs på den tredje terminalen, vilket ökar moduleringsbandbredden avsevärt”, förklarar Sun.
”När enheten fungerar som fotodetektor utnyttjar den både spänning och infallande ljus som ingångar för att skapa omkonfigurerbara optoelektroniska logiska NAND- och NOR-grindar, vilket visar på dess mångsidighet.”
Den nya ljusemitterande och detekterande dioden som forskarna har utvecklat kan vara särskilt fördelaktig för utvecklingen av OWC-system. I inledande tester uppskattades den trepoliga dioden kunna öka moduleringsbandbredden med mer än 64%, vilket är en avsevärd förbättring jämfört med dagens OWC-system som använder en klassisk ljusemitterande p-n-diod.
”Möjligheten att sömlöst växla mellan emitter- och detektorlägen ger också en mångsidig och dubbelfunktionell enhetsarkitektur för att utveckla snabbare, effektivare och tillförlitligare dataöverföringsmetoder”, säger Sun.
”Vi tror att den här innovativa metoden är lovande inte bara för GaN-material utan också kan anpassas till andra halvledarplattformar, vilket banar väg för utvecklingen av multifunktionella och integrerade elektroniska och optoelektroniska system (t.ex. integrerad fotonik).”
Dioden som forskargruppen har utvecklat kan i framtiden användas för att tillverka OWC-teknik som kan överföra data i högre hastigheter, liksom innovativa optiskt drivna datorsystem. Under tiden bygger Sun och hans kollegor vidare på sina första lovande resultat och utforskar potentiella tekniker för att ytterligare förbättra sin diod.
”Våra nästa studier kommer att fokusera på att förfina prestandan och utforska integration med andra optoelektroniska material och system”, tillade Sun. ”Målet är att utveckla kompakta, multifunktionella integrerade optoelektroniska system som kan revolutionera olika tekniksektorer, särskilt inom höghastighetsdatakommunikation och avancerade datorplattformar.”
Ytterligare information: Muhammad Hunain Memon et al, A three-terminal light emitting and detecting diode, Nature Electronics (2024). DOI: 10.1038/s41928-024-01142-y
