Compound and Josephson High-Speed Devices

در سال‌های اخیر، دستگاه‌های III-V، مدارهای مجتمع و مدارهای مجتمع ابررسانا به عنوان رقبای پیشرو برای کاربردهای فرکانس بالا و سرعت فوق‌العاده ظاهر شده‌اند. GaAs MESFET ها از اوایل دهه 1970 در سیستم های مایکروویو به عنوان تقویت کننده های کم نویز و با توان بالا استفاده شده اند و جایگزین دستگاه های سیلیکونی شده اند. ترانزیستور متحرک با الکترون بالا (HEMT) که در سال 1980 اختراع شد، به یک جزء کلیدی برای سیستم های گیرنده پخش ماهواره ای تبدیل شده است که به عنوان دستگاهی با نویز فوق العاده کم در فرکانس 12 گیگاهرتز عمل می کند. علاوه بر این، ترانزیستور دوقطبی ناهمگون (HBT) دارای بالاترین سرعت سوئیچینگ و فرکانس قطع در میدان دستگاه نیمه هادی در نظر گرفته شده است. در ابتدا بیشتر این دستگاه‌ها برای کاربردهای آنالوگ با فرکانس بالا استفاده می‌شدند، اما نیاز شدیدی به توسعه دستگاه‌های دیجیتال پرسرعت III-V برای رایانه، مخابرات و سیستم‌های ابزار دقیق وجود دارد تا جایگزین دستگاه‌های پرسرعت سیلیکونی شود. محدودیت‌های سرعت سوئیچینگ و اتلاف توان سیلیکون. سرعت بالا و اتلاف توان کم بالقوه مدارهای مجتمع دیجیتال با استفاده از GaAs MESFET، HEMT، HBT و دستگاه های اتصال ابررسانا جوزفسون، رقابت فوق العاده ای را در رقابت برای توسعه چنین فناوری برانگیخته است. بررسی فناوری نشان می‌دهد که مؤسسات و شرکت‌های تحقیقاتی ژاپنی پیشتاز توسعه این دستگاه‌ها بوده‌اند و برخی از مدارهای مجتمع قبلاً برای ابررایانه‌های ژاپن اعمال شده‌اند. فعالیت موسسات و شرکت های تحقیقاتی ژاپنی در زمینه های III-V و دستگاه های ابررسانا به سه دلیل برتر بوده است. ابتدا، رشد کریستال حجیم، رشد همپایه، فرآیند و فناوری طراحی به طور همزمان توسعه یافتند.

In recent years, III-V devices, integrated circuits, and superconducting integrated circuits have emerged as leading contenders for high-frequency and ultrahigh­ speed applications. GaAs MESFETs have been applied in microwave systems as low-noise and high-power amplifiers since the early 1970s, replacing silicon devices. The heterojunction high-electron-mobility transistor (HEMT), invented in 1980, has become a key component for satellite broadcasting receiver systems, serving as the ultra-low-noise device at 12 GHz. Furthermore, the heterojunction bipolar transistor (HBT) has been considered as having the highest switching speed and cutoff frequency in the semiconductor device field. Initially most of these devices were used for analog high-frequency applications, but there is also a strong need to develop high-speed III-V digital devices for computer, telecom­ munication, and instrumentation systems, to replace silicon high-speed devices, because of the switching-speed and power-dissipation limitations of silicon. The potential high speed and low power dissipation of digital integrated circuits using GaAs MESFET, HEMT, HBT, and superconducting Josephson junction devices has evoked tremendous competition in the race to develop such technology. A technology review shows that Japanese research institutes and companies have taken the lead in the development of these devices, and some integrated circuits have already been applied to supercomputers in Japan. The activities of Japanese research institutes and companies in the III-V and superconducting device fields have been superior for three reasons. First, bulk crystal growth, epitaxial growth, process, and design technology were developed at the same time.