Abstract Optical phase change materials (O-PCMs), a unique group of materials featuring exceptional optical property contrast upon a solid-state phase transition, have found widespread adoption in photonic applications such as switches, routers and reconfigurable meta-optics. Current O-PCMs, such as Ge–Sb–Te (GST), exhibit large contrast of both refractive index (Δ n ) and optical loss (Δ k ), simultaneously. The coupling of both optical properties fundamentally limits the performance of many applications. Here we introduce a new class of O-PCMs based on Ge–Sb–Se–Te (GSST) which breaks this traditional coupling. The optimized alloy, Ge 2 Sb 2 Se 4 Te 1 , combines broadband transparency (1–18.5 μm), large optical contrast (Δ n = 2.0), and significantly improved glass forming ability, enabling an entirely new range of infrared and thermal photonic devices. We further demonstrate nonvolatile integrated optical switches with record low loss and large contrast ratio and an electrically-addressed spatial light modulator pixel, thereby validating its promise as a material for scalable nonvolatile photonics.

AlGaN/GaN high electron mobility transistors were irradiated with 60Co gamma-rays to doses up to 1000 Gy, in order to analyze the effects of irradiation on the devices' transport properties. Temperature-dependent electron beam-induced current measurements, conducted on the devices before and after exposure to gamma-irradiation, allowed for the obtaining of activation energies related to radiation-induced defects due to nitrogen vacancies. DC current-voltage measurements were also conducted on the transistors to assess the impact of gamma-irradiation on transfer, gate, and drain characteristics.

Optical materials capable of advanced functionality in the infrared will enable optical designs that can offer lightweight or small footprint solutions in both planar and bulk optical systems. The University of Central Florida’s Glass Processing and Characterization Laboratory, together with our collaborators, have been evaluating compositional design and processing protocols for both bulk and film strategies employing multicomponent chalcogenide glasses (ChGs). These materials can be processed with broad compositional flexibility that allows tailoring of their transmission window, physical and optical properties, which allows them to be engineered for compatibility with other homogeneous amorphous or crystalline optical components. We review progress in forming ChG-based gradient refractive index (GRIN) materials from diverse processing methodologies, including solution-derived ChG layers, poled ChGs with gradient compositional and surface reactivity behavior, nanocomposite bulk ChGs and glass ceramics, and metalens structures realized through multiphoton lithography. We discussed current design and metrology tools that lend critical information to material design efforts to realize next-generation IR GRIN media for bulk or film applications.

The changes in direct current performance of circular-shaped AlGaN/GaN high electron mobility transistors (HEMTs) after 60Co γ-irradiation doses of 50, 300, 450, or 700 Gy were measured. The main effects on the HEMTs after irradiation were increases of both drain current and electron mobility. Compton electrons induced from the absorption of the γ-rays appear to generate donor type defects. Drain current dispersions of ∼5% were observed during gate lag measurements due to the formation of a virtual gate between the gate and drain resulting from the defects generated during γ-irradiation.

Novel optical materials capable of advanced functionality in the infrared will enable optical designs that can offer lightweight or small footprint solutions in both planar and bulk optical systems. UCF's Glass Processing and Characterization Laboratory (GPCL) with our collaborators have been evaluating compositional design and processing protocols for both bulk and film strategies employing multi-component chalcogenide glasses (ChGs). These materials can be processed with broad compositional flexibility that allows tailoring of their transmission window, physical and optical properties, which allows them to be engineered for compatibility with other homogeneous amorphous or crystalline optical components. This paper reviews progress in forming ChG-based GRIN materials from diverse processing methodologies, including solution-derived ChG layers, poled ChGs with gradient compositional and surface reactivity behavior, nanocomposite bulk ChGs and glass ceramics, and meta-lens structures realized through multiphoton lithography (MPL).

AlGaN/GaN High Electron Mobility Transistors were irradiated with 60 Co gamma-ray doses from 100 Gy up to a maximum dose of 1000 Gy. After irradiation, the devices were annealed at 200˚ C for 25 minutes. Annealing of the gamma irradiated transistors show that partial recovery of device performance is possible at this temperature. The impact of irradiation and annealing on minority carrier diffusion length and activation energy were monitored through the use of the Electron Beam Induced Current method. Impact on transfer, gate, and drain characteristics were analyzed through current-voltage measurements.

The effect of low dose gamma irradiation on DC performance of circular-shaped AlGaN/GaN high electron mobility transistors weas investigated. The drain saturation current (I DS ) increased 11.44% after irradiation with a dose of 700 Gy. Sheet resistance (Rs) was measured from transfer line method and it decreased 3.6% after irradiation. By extracting the resistance between source and drain in the drain I-V curve and combining with TLM data, mobility was found to increase 34.53% after irradiation. The mobility increase may come from the donor-type defects or the strain relaxation effect. Gate lag measurement was also performed and 5% current dispersion was found after irradiation with the dose of 700 Gy, indicating there were more defects generated after irradiation.

AlGaN/GaN High Electron Mobility Transistors (HEMTs) show great promise for applications such as military radar and satellite-based communications systems. Due to the applications in extreme radiation environments, it is important to characterize the performance after irradiation. There are many studies characterizing the performance under proton, neutron, and electron irradiations for AlGaN/GaN HEMTs. However, the studies for gamma irradiation are limited. Detailed studies are needed to characterize the performance of HEMTs after gamma irradiation. In this study, we characterize the DC performance after irradiation and extract the change of Vth, carrier concentration, mobility and resistance. Also, we use gate lag measurement and drain pulse measurement to characterize the defects generated after irradiation. AlGaN/GaN HEMT heterostructures were grown on c-plane sapphire by molecular beam epitaxy (MBE). The layer structure included a thin AlGaN nucleation layer followed with a 2 µm thick undoped GaN buffer topped by a 25 nm thick unintentionally doped Al 0 . 28 GaN layer. Mesa isolation was achieved by using an inductively coupled plasma system with Ar/Cl 2 -based discharges. The Ohmic contacts were formed by lifting-off e-beam evaporated Ti (200 Å)/Al (1000 Å)/Ni (400 Å)/Au (800 Å). 1-µm gates were defined by lift-off of e-beam deposited Ni/Au metallization. The contacts were annealed at 850°C for 45 s under a flowing nitrogen ambient in Heatpulse 610T system. The final step was deposition of e-beam evaporated Ti/Au (300 Å/1200 Å) interconnection contacts. Devices were exposed to 60 Co γ-rays with different doses of 50, 300, 450, or 700 Gy. Irradiations were performed at temperatures <50°C. During device irradiation, the samples were held in nitrogen ambient. The device DC performance was characterized using HP 4156 parameter analyzer. As shown in Figure 1, I DSS after irradiation was increased from 293mA/mm to 339mA/mm after irradiation. The increase of I DSS increases with dose before 450 Gy and saturates after that. From the transmission line method (TLM), there is no significant change in sheet resistance after irradiation. However, the device total resistance, the reciprocal of the current current voltage (I-V) curve slope in the lower drain bias voltage, decreased significantly, as illustrated in Figure 1. The total resistance consisted of the channel resistance and the source resistance as well as the drain resistance. Both The source resistance and the drain resistance determined from the transmission line method change less than 2%. While the channel resistance decreased around 5% as shown in Figure 2. The reduction of the channel resistance was mainly due to the increase of mobility and carrier concentration, which were extracted from the drain IV curve in the low field region and TLM data. Kurakin et. al 1 found a similar effect that mobility increases after irradiation due to the relaxation of strain. Berthet et. al 2 attributed the drain current increases after irradiation to the introduction of donor type defects through the implantation. From gate lag measurement, the dispersion of the drain current measured at 100kHz increased as a function of the gamma irradiation dose indicating additional traps generated between gate and drain electrode and enhanced the current collapse. There was no obvious current dispersion during the drain pulse measurement showing the defects created by the gamma irradiation were less than the original defects through the material growth in the buffer layer. In conclusion, low dose gamma irradiation improved the AlGaN/GaN HEMT dc performance. The effect may be due to the strain relaxation effect and due to the donor type defects generated during the gamma irradiation.