Forskere udvikler ultrahurtige halvledere

Britiske forskere har udviklet verdensførende Compound Semiconductor (CS) teknologi, der kan drive fremtidens højhastighedsdatakommunikation.

Et team fra Cardiff University's Institute for Compound Semiconductors (ICS) arbejdede sammen med samarbejdspartnere for at innovere en ultrahurtig og meget følsom 'lavine -fotodiode' (APD), der skaber mindre elektronisk 'støj' end sine silicium -rivaler.

APD'er er meget følsomme halvlederenheder, der udnytter den 'fotoelektriske effekt' - når lys rammer et materiale - til at omdanne lys til elektricitet.

Hurtigere, superfølsomme APD'er er efterspurgt over hele verden til brug i højhastighedsdatakommunikation og lysdetektion og rækkeviddesystemer (LIDAR) til autonome køretøjer.

Et papir, der beskriver gennembruddet for at skabe ekstremt lavt overskydende støj og APD'er med høj følsomhed, offentliggøres i dag i Natur fotonik .

Cardiff-forskere ledet af Ser Cymru-professor Diana Huffaker, Videnskabelig direktør for ICS og Ser Cymru-stolen i avanceret teknik og materialer, samarbejdet med University of Sheffield og California NanoSystems Institute, University of California, Los Angeles (UCLA) for at udvikle teknologien.

Professor Huffaker sagde:"Vores arbejde med at udvikle ekstremt lavt overskydende støj og højfølsom lavine-fotodioder har potentiale til at give en ny klasse af højtydende modtagere til applikationer inden for netværk og sensing.

"Innovationen ligger i den avancerede materialeudvikling ved hjælp af molekylær stråleepitaksi (MBE) til at "dyrke" den sammensatte halvlederkrystal i et atom-for-atom-regime. Dette særlige materiale er ret komplekst og udfordrende at syntetisere, da det kombinerer fire forskellige atomer, der kræver en ny MBE-metodologi. Ser Cymru MBE-faciliteten er designet specifikt til at realisere en hel familie af udfordrende materialer rettet mod fremtidige sensorløsninger."

Dr. Shiyu Xie, Ser Cymru Cofund Fellow sagde:"De resultater, vi rapporterer, er betydelige, da de opererer i et miljø med meget lavt signal, ved stuetemperatur, og meget vigtigt er kompatible med den nuværende InP optoelektroniske platform, der bruges af de fleste kommercielle kommunikationsleverandører.

"Disse APD'er har en bred vifte af applikationer. I LIDAR, eller 3-D laser kortlægning, de bruges til at producere kort i høj opløsning, med anvendelser inden for geomorfologi, seismologi og i styring og navigation af nogle autonome biler.

"Vores resultater kan ændre det globale forskningsfelt i APD'er. Det materiale, vi har udviklet, kan være en direkte erstatning i de nuværende eksisterende APD'er, giver en højere datatransmissionshastighed eller muliggør en meget længere transmissionsafstand."

Ser Cymru-gruppen inden for ICS forbereder nu et forslag med samarbejdspartnere hos Sheffield om finansiering fra UK Research and Innovation for at understøtte det videre arbejde.

Cardiff University vicekansler, Professor Colin Riordan, tilføjede:"Arbejdet i professor Huffakers Ser Cymru Group spiller en afgørende rolle for at understøtte den fortsatte succes med den bredere Compound Semiconductor -klynge, CS Connected, som samler ti industri- og akademiske partnere i det sydlige Wales for at udvikle teknologier fra det 21. århundrede, der skaber økonomisk velstand."

Professor Huffaker tilføjede:"Vores forskning giver direkte fordele for industrien. Vi arbejder tæt sammen med Airbus og Compound Semiconductor Applications Catapult for at anvende denne teknologi på fremtidens ledige rumoptiske kommunikationssystem."