由激光驅動的半導體開關設計，從理論上可以實現比現有光電導器件更高的速度和電壓。如果這種小型化開關能集成到衛(wèi)星中，便可以實現超越5G的信號傳輸速度。

目前，該項技術正由勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）和伊利諾伊大學香檳分校（UIUC）聯合研發(fā)。研發(fā)過程中，研究團隊利用高功率激光器在極端電場下，在基礎材料氮化鎵產生了電子電荷云。

在普通半導體中，電子會隨著施加電場增加而快速移動，然而氮化鎵卻表現出一種稱為“負微分遷移率效應”（negative differential mobility），其生成的電子云在云的前端減慢。研究人員稱，該效應使得設備能夠在暴露于電磁輻射時，以接近1 THz的頻率產生極快的脈沖和高壓信號。

■新型半導體開關工作原理圖

LLNL工程師兼項目首席研究員Lars Voss談到：“該項目的目標是構建一種比現有技術更強大的設備，但可以在高頻狀態(tài)下運行。它以一種獨特的模式工作，輸出脈沖實際上可以比激光輸入脈沖在時間上更短——幾乎就像是一個壓縮裝置。一個光子輸入經過壓縮后以一個電子輸出，因此它可以潛在生成極高速和極高功率的射頻波形?！?/p>

假設論文中描述的開關能夠實現，它確實可以通過小型化并集成到現有的衛(wèi)星中，實現超越5G速度的通信系統。Lars Voss表示，這樣就能在遠距離上以更快的速度進行信號傳輸。他補充說，高功率和高頻技術是當前固態(tài)設備尚未取代真空管的最后領域之一。

實現300GHz以上頻率的同時還能提供1W或更高輸出功率，使得新型緊湊型半導體技術在高速信號傳輸領域有著廣泛的應用需求。盡管一些高電子遷移率晶體管能夠達到高于300 GHz的頻率，但它們的能量輸出通常受到限制。

■a)顯示了使用 GaN 作為有源區(qū)的橫向光電導開關；b）由于氮化鎵中固有的負微分遷移率效應，可以壓縮電子電流的脈沖寬度，同時可以提高其峰值

“這種新開關的建模和仿真將為實驗提供指導，降低測試結構成本，通過防止反復試驗來提高實驗室測試的周轉率和成功率，并能夠正確解釋實驗數據?！盪IUC電氣和計算機工程系助理教授Shaloo Rakheja表示。他同時也是論文的第一作者。當前，研究團隊在LLNL正努力研發(fā)這種激光驅動的半導體開關。另外，研究人員也在探索其他材料的可能性，例如砷化鎵，以優(yōu)化開關的整體性能。

LLNL博士后研究員Karen Dowling則表示，在低電場下砷化鎵比氮化鎵更容易表現出負微分遷移率效應，因此它是一個很好的模型，通過更容易進行的測試來理解該效應產生的結果。據悉，該項目由Laboratory Directed Research and Development資助，目的是展示一種能在 100 GHz和更高功率下運行的傳導裝置。未來，研究團隊將檢查激光加熱對電子電荷云的影響，并在電光模擬框架下提高對設備操作的理解。