En 2004, pioneros de la ingeniería eléctrica Nick Holonyak, Jr. y Milton Feng de la Universidad de Illinois inventaron el láser de transistores, un dispositivo de tres puertos que incorporaba pozos cuánticos en la base y una cavidad óptica, aumentando su capacidad para transmitir datos cien veces. Se espera que dos estudios recientes de los investigadores tengan un impacto significativo en el ancho de banda de modulación fundamental del transistor y la operación del láser para la transferencia de datos de alta velocidad con eficiencia energética en comunicaciones ópticas e inalámbricas 5G.

"El transistor (punto de contacto) inventado por John Bardeen y Walter Brattain en 1947 reveló los principios operativos de la inyección de corriente del emisor, la recombinación base del electrón-hueco, y la salida de corriente del colector ", explicó Milton Feng, el profesor emérito de ingeniería eléctrica e informática de la cátedra Holonyak en Illinois. "El transistor de tres terminales reemplazó al frágil tubo de vacío para una conmutación y amplificación de señales eléctricas rápidas y fiables, y ha hecho posible una revolución en la electrónica moderna, comunicaciones, y tecnologías informáticas ".

"Estamos especialmente agradecidos con John Bardeen por llevar la investigación de transistores a Urbana en 1951, y cambiando todas nuestras vidas en todo el mundo con los nuevos dispositivos de estado sólido y física cuántica, "declaró Nick Holonyak Jr, El primer estudiante graduado de Bardeen y actual profesor emérito de Ingeniería Eléctrica e Informática y Física de la Cátedra Bardeen. En 2004, Feng y Holonyak se dieron cuenta de que la energía de recombinación radiativa (luz) en la base de un transistor bipolar de heterounión III-V podría modularse para ser una señal y un dispositivo de tres puertos que puede aprovechar la intrincada física entre los electrones y la luz.

"La forma más rápida de que la corriente cambie en un material semiconductor es que los electrones salten entre las bandas del material en un proceso llamado tunelización, "Dijo Feng." Los fotones de luz ayudan a transportar los electrones a través, un proceso llamado tunelización asistida por fotones dentro de la cavidad, haciendo que el dispositivo sea mucho más rápido ".

El transistor láser se diferencia del transistor de Bardeen y Brattain en el que la ganancia de corriente depende de la relación entre el tiempo de vida de la recombinación espontánea del hueco de electrones base (e-h) y el tiempo de tránsito del emisor-colector. La ganancia de corriente del láser del transistor Feng y Holonyak depende de la recombinación estimulada por la base (e-h), el transporte de relajación dieléctrica base, y el colector estimuló la construcción de túneles.

En dos artículos recientes, publicado en el Revista de física aplicada , Feng, junto con Holonyak y los investigadores graduados Junyi Qiu y Curtis Wang, han establecido los principios de operación para la modulación de túnel de un láser de transistor de pozo cuántico con amplificación de corriente y salida óptica a través de túnel asistido por fotones dentro de la cavidad.

"Consideramos que estos dos artículos relacionados con la modulación de tunelización intracavidad del transistor cambiarán la operación de velocidad fundamental del transistor y la modulación láser, "Dijo Feng.

En su artículo, "Modulación de túnel de un láser de transistor de pozo cuántico, "Los autores explican que la recombinación estimulada de e-h operando bajo la influencia de la asistencia de pozos cuánticos en la base, y modulación óptica estimulada bajo la influencia de la tunelización asistida por fotones dentro de la cavidad (ICPAT) en el colector. Los autores nombraron su nueva y novedosa idea como "Túnel asistido por fotones intracavidad Feng-Holonyak (FH-ICPAT)".

"El mecanismo de ganancia de efecto túnel es el resultado de las propiedades únicas de transporte de la base del láser de transistores bajo la influencia de FH-ICPAT y la relajación dieléctrica de la base, que produce un transporte de base portador rápido y una recombinación rápida que el transistor Bardeen original, ", explicó Wang." Se ha revelado en detalle la dependencia del voltaje y la corriente de la ganancia de corriente de túnel y la modulación óptica. Aunque el análisis se lleva a cabo para la tunelización asistida por fotones intracavidad con láser de transistor, el mecanismo de operación debería aplicarse en general a transistores de colector de túnel de varias configuraciones de diseño ".

En un compañero AIP artículo ("Túnel de colector asistido por fotones intracavidad-base de voltaje-mediado por voltaje-agujero de electrones-láser de transistor de recombinación estimulado espontáneamente, “Los autores explicaron cómo la absorción y modulación ópticas en un diodo de unión p-n para un semiconductor de brecha directa puede mejorarse mediante tunelización asistida por fotones en presencia de cavidad óptica y campo de fotones en un láser de transistor.

"En el láser de transistores, los fotones coherentes generados en el pozo cuántico base interactúan con el campo del colector y 'ayudan' a la tunelización de electrones de la cavidad óptica desde la banda de valencia de la base hasta el estado de energía de la banda de conducción del colector, "Explicó Feng." La salida de luz estimulada se puede modular por inyección de corriente base a través de generación óptica estimulada o polarización de unión base-colector a través de absorción óptica.

"En este trabajo, Estudiamos la intensidad de los fotones coherentes dentro de la cavidad en la tunelización asistida por fotones en el láser de transistor y realizamos la absorción óptica dependiente del campo de fotones. Este FH-ICPAT en un láser de transistor es la propiedad única de la modulación de voltaje (campo) y la base para la modulación y conmutación láser directa de ultra alta velocidad.

"Seguimos en deuda con John Bardeen, nuestro mentor, por su interés continuo de toda la vida en el transistor (paralelo a la teoría BCS), el efecto del electrón y el agujero (e-h) para ayudar a originar el diodo láser y el LED, y además ahora conduce al láser de transistor de recombinación e-h (eléctrico y óptico), "Añadió Feng.