Разработка RTD, работающего при комнатной температуре, означает, что устройство может быть масштабировано для систем беспроводной связи следующего поколения. Использование только нетоксичных полупроводниковых материалов группы IV также способствует более экологичным производственным процессам.
Исследователи из Нагойского университета в Японии успешно разработали резонансный туннельный диод (RTD), который работает при комнатной температуре и полностью изготовлен из полупроводниковых материалов группы IV.
Одним из перспективных решений является беспроводная связь с использованием терагерцовых— электромагнитных волн, которые колеблются с частотой в триллион раз в секунду, обеспечивая сверхскоростную передачу данных. Однако для практического применения этой технологии в потребительских целях необходимо решить множество технических проблем.
Важнейшим компонентом для реализации терагерцовой связи является RTD. Это квантовое устройство работает за счёт отрицательного дифференциального сопротивления — нелогичного на первый взгляд свойства, при котором увеличение напряжения фактически приводит к уменьшению силы тока. В правильно спроектированной схеме это свойство позволяет диодам поддерживать высокочастотные колебания, которые в противном случае затухали бы из-за электрических потерь.
Секрет RTD заключается в его двухбарьерной структуре, в которой электроны или дырки туннелируют через слои различных полупроводниковых материалов, каждый толщиной всего в несколько атомов. Эти слои в основном созданы из материалов III-V группы на основе InGaAs, которые включают токсичные и редкие элементы, такие как индий и мышьяк.
Исследовательская группа совершила прорыв, добавив газообразный водород в процесс формирования слоя. Они протестировали три различных сценария:
- подача газообразного водорода как в два, так и в три слоя GeSiSn
- без использования газообразного водорода
- газообразный водород поступает только в три слоя GeSn.
В последнем сценарии газообразный водород ограничивал рост островков и перемешивание между слоями, в результате чего получалась гладкая и упорядоченная структура с двойным барьером
«При наличии дефектов в слоях электроны могут туннелировать по этим более простым маршрутам, что приводит к утечке тока. Этот ток утечки необходимо уменьшить, чтобы возникло отрицательное дифференциальное сопротивление — ключевое свойство RTD» — считают исследователи.