Em 2004, os pioneiros da engenharia elétrica Nick Holonyak, Jr. e Milton Feng, da Universidade de Illinois, inventaram o laser transistor - um dispositivo de três portas que incorporava poços quânticos na base e uma cavidade óptica - aumentando sua capacidade de transmitir dados cem vezes. Espera-se que dois estudos recentes dos pesquisadores tenham um impacto significativo na largura de banda de modulação fundamental do transistor e na operação do laser para transferência de dados de alta velocidade com eficiência energética em comunicações ópticas e 5G sem fio.

"O transistor (ponto de contato) inventado por John Bardeen e Walter Brattain em 1947 revelou os princípios operacionais da injeção de corrente do emissor, a recombinação elétron-buraco de base, e a saída de corrente do coletor. "explicou Milton Feng, o professor emérito da cadeira Holonyak de engenharia elétrica e de computação em Illinois. "O transistor de três terminais substituiu o tubo de vácuo frágil para comutação e amplificação de sinal elétrico rápido e confiável, e tornou possível uma revolução na eletrônica moderna, comunicações, e tecnologias de computador. "

"Somos especialmente gratos a John Bardeen por trazer a pesquisa de transistores para Urbana em 1951, e mudando todas as nossas vidas em todo o mundo com a nova física quântica e dispositivos de estado sólido, "declarou Nick Holonyak Jr, O primeiro aluno de graduação de Bardeen e atual professor emérito da cadeira Bardeen de engenharia elétrica e da computação e física. Em 2004, Feng e Holonyak perceberam que a energia de recombinação radiativa (luz) na base de um transistor bipolar de heterojunção III-V poderia ser modulada para ser um sinal e um dispositivo de três portas que pode aproveitar a intrincada física entre elétrons e luz.

"A maneira mais rápida de a corrente alternar em um material semicondutor é os elétrons saltarem entre as bandas do material em um processo chamado tunelamento, "Feng afirmou." Os fótons de luz ajudam a transportar os elétrons, um processo chamado tunelamento assistido por fóton intracavitário, tornando o dispositivo muito mais rápido. "

O transistor de laser difere do transistor de Bardeen e Brattain, no qual o ganho de corrente depende da relação entre o tempo de vida de recombinação espontânea do buraco do elétron (e-h) e o tempo de trânsito do emissor-coletor. O ganho de corrente do laser do transistor de Feng e Holonyak depende da recombinação estimulada por base (e-h), o transporte de relaxamento dielétrico de base, e o coletor estimulou o tunelamento.

Em dois artigos recentes, publicado no Journal of Applied Physics , Feng - junto com Holonyak e pesquisadores graduados Junyi Qiu e Curtis Wang - estabeleceram os princípios de operação para a modulação de tunelamento de um laser de transistor de poço quântico com amplificação de corrente e saída óptica via tunelamento auxiliado por fótons intracavidade.

"Consideramos que esses dois artigos relacionados à modulação de tunelamento intracavidade do transistor irão mudar a operação de velocidade fundamental do transistor e a modulação a laser, "Feng disse.

Em seu artigo, "Tunelamento de modulação de um laser de transistor de poço quântico, "os autores explicam que a recombinação e-h estimulada operando sob a influência da assistência quântica-bem na base, e modulação óptica estimulada sob a influência de tunelamento auxiliado por fótons intracavitários (ICPAT) no coletor. Os autores chamaram sua ideia nova e inovadora de "Tunelamento Feng-Holonyak Intra-Cavity Assisted Photon (FH-ICPAT)."

"O mecanismo de ganho de tunelamento é o resultado das propriedades únicas de transporte de base de laser transistorizado sob a influência de FH-ICPAT e relaxamento dielétrico de base, que rende transporte de base de portadora rápido e recombinação rápida do que o transistor Bardeen original, "explicou Wang." A tensão e a dependência da corrente do ganho de corrente do tunelamento e da modulação óptica foram reveladas em detalhes. Embora a análise seja realizada para o tunelamento assistido por fóton intracavitário a laser transistorizado, o mecanismo de operação deve ser aplicado em geral a transistores coletores de tunelamento de várias configurações de projeto. "

Em um companheiro AIP artigo ("Laser transistor de recombinação espontânea estimulada espontânea de coletor de coletor de base de voltagem mediada por fóton por fóton intra-cavidade, "os autores explicaram como a absorção e modulação óptica em um diodo de junção p-n para um semicondutor de gap direto pode ser aprimorada por tunelamento assistido por fótons na presença de cavidade óptica e campo de fótons em um laser transistorizado.

"No laser transistorizado, os fótons coerentes gerados no poço quântico de base interagem com o campo coletor e "auxiliam" o tunelamento de elétrons da cavidade óptica da banda de valência da base para o estado de energia da banda de condução do coletor, "Feng explicou." A saída de luz estimulada pode ser modulada por injeção de corrente de base via geração ótica estimulada ou polarização de junção base-coletor via absorção ótica.

"Nesse trabalho, estudamos a intensidade do fóton coerente intra-cavidade no tunelamento assistido por fótons no laser transistor e percebemos a absorção óptica dependente do campo do fóton. Este FH-ICPAT em um laser transistorizado é a propriedade única de modulação de tensão (campo) e a base para a modulação e comutação direta de laser de velocidade ultra-alta.

"Continuamos em dívida com John Bardeen, nosso mentor, por seu interesse contínuo ao longo da vida no transistor (paralelo à teoria BCS), o efeito do elétron e do buraco (e-h) em ajudar a originar o laser de diodo e LED, e, além disso, agora levando ao laser de transistor de recombinação e-h (elétrica e óptica), "Feng acrescentou.