`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Как изменилось финансирование ИТ-направления в вашей организации?

Best CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

Леонид Бараш

Новый процесс усиления сигнала преобразует связь и вычисления

+33
голоса

Усиление сигнала повсеместно для всех электронных и оптоэлектронных систем для связи, обработки изображений и вычислений - его характеристики напрямую влияют на производительность устройства.

Новый процесс усиления сигнала разработан командой Калифорнийского университета, Сан-Диего. Исследователи сейчас готовы дать старт новым поколениям электрических и фотонных устройств, преобразующих связь, работу с изображениями и вычисления.

«На протяжении многих лет полупроводниковая промышленность опиралась на фотодетекторы для оптоэлектронных преобразований, за которыми следовали электронные усилители с низким уровнем шума для преобразования оптических сигналов в электрические сигналы с усилением, с тем, чтобы обнаружить и обработать данные», - объяснил Юй-Хва Ло (Yu-Hwa Lo), профессор электротехники и вычислительной техники в Калифорнийском университете.

Широко также признавалось, что высокая чувствительность может быть достигнута путем объединения электронного усилителя с фотодетектором, при котором используется внутренний механизм усиления, чтобы оптимально сбалансировать тепловой шум электронного усилителя и дробовой шум, тип шума в фотодетекторе, который возникает из-за корпускулярной природы света.

«Следуя этому установленному принципу, устройствами выбора стали лавинные фотодетекторы, использующие ударную ионизацию, которые и оставались таковыми в течение многих десятилетий», - отметил проф. Ло. Ударная ионизация, однако, имеет свои недостатки, такие как высокое напряжение работы, как правило, от 30 до 200 В, и быстро растущий шум с возрастанием усиления.

Таким образом, команда искала более эффективный внутренний механизм усиления для полупроводников, чтобы усиливать фототок при гораздо более низких напряжении и шума, чем нынешний метод.

Благодаря изучению сложных взаимодействий между электронами в локализованных (примесных) и делокализованных состояниях и фононами ученые обнаружили гораздо более эффективный механизм для усиления сигнала – циклический процесс возбуждения.

Устройство изначально имеет p-n-переход, похожий на тот, что в полупроводниковых приборах. «Уникальная особенность в том, что обе стороны p-n-перехода содержат значительное количество противодействующих примесей – большое количество доноров в р-области и акцепторов в n-области», - объяснил проф. Ло. Такая структура называется "значительно компенсированный p-n-переход".

Противодействующие примеси в компенсированном p-n-переходе являются ответственными за высокоэффективный процесс усиления сигнала (фототок). Электроны или дырки, пересекающие обедненные области приобретают кинетическую энергию и, в свою очередь, возбуждают новые пары электрон-дырка, используя компенсирующие примеси (доноры в р-области, и акцепторы в n-области) в качестве промежуточных состояний.

«Энергичный электрон, например, может перевести электрон из занятого акцептора в зону проводимости, в то время как при заполнении акцептора электроном из валентной зоны поглощается фонон, создавая дырку в валентной зоне, что завершает генерацию пары электрон-дырка, - сказал Юйчунь Чжоу (Yuchun Zhou), первый автор статьи и докторант в группе проф. Ло. - Этот тип процесса имеет место по обе стороны p-n-перехода и образует циклы возбуждения пары электрон-дырка для получения высокого усиления».

Главное открытие и инновация в процессе усиления заключается в использовании компенсирующих примесей в качестве промежуточных этапов для генерации электронно-дырочных пар. «Примесные состояния локализованы, так что закон сохранения импульса, который ограничивает эффективность для обычной ударной ионизации, может быть значительно смягчен, что приводит к более высокой эффективности усиления сигнала при пониженном напряжении работы», - добавил проф. Ло.

Возможно, что совершенно новый физический механизм может быть найден в структуре наиболее распространенных устройств – p-n-переходе, который используется с расцвета полупроводниковой промышленности. Похоже, что небольшие изменения в распространенных структурах, такие как сильная примесная компенсация, могут быть применены, чтобы воспользоваться необычным физическим процессом, который возникает в результате согласованных взаимодействий между электронами в делокализованных и локализованных состояниях и фононами.

При дальнейших улучшениях, по мнению команды, обнаруженный механизм усиления сигнала может быть использован в широком спектре устройств и полупроводников, предоставляя новую парадигму для полупроводниковой промышленности.

«Имея эффективный механизм усиления при рабочем напряжении, совместимом с интегральными КМОП-схемами, можно производить устройства связи и обработки изображений с превосходной чувствительностью при низкой стоимости, - отметил проф. Ло. – С помощью других методов, наряду с оптическим возбуждением, для получения затравочных носителей, которые инициируют процесс циклического возбуждения, мы можем дать начало разработке новых видов транзисторов и схем и расширить сферу применения за рамки оптического детектирования».

Новый процесс усиления сигнала преобразует связь и вычисления

Эта схема иллюстрирует концепции, привлекаемые для объяснения процесса циклического возбуждения

+33
голоса

Напечатать Отправить другу

Читайте также

 
 
IDC
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT