22. Резонансні тунельні транзистори

Керування струмом від емітера Е до колектора К здійснюється зміною потенціалу в базі Б. Умові резонансного тунелювання електронів відповідає збіг рівня Фермі в базі Е_FБ з рівнями Фермі в емітері Е_FЕ та колекторі Е_FК. Тобто керування здійснюється змінюванням ефективності тунелювання електронів через НР.

Мал. №15

Типове значення коефіцієнта підсилення транзистора при кімнатній температурі дорівнює 50, максимальні значення сягають 450, тунелювання відбувається практично без шумів і дуже швидко.

23. Оптичні перемикачі на основі надґрат

На основі НР створений ряд оптично бістабільних (ОБ) пристроїв з високою швидкодією і малим енергоспоживанням у режимі перемикання за кімнатної температури. Такі пристрої необхідні для оптичних комп’ютерів. Коефіцієнт поглинання або показник заломлення ОБ залежать від інтенсивності падаючого світла, тому під дією вхідного сигналу пропускання різко змінюється від одного стійкого рівня до іншого. Одна з можливих конструкцій – введення НР усередину резонатора Фабрі-Перо. Для виготовлення такого пристрою квантово-розмірні шари GaAs/AlGaAs вирощують на GaAs –підкладці, яку потів витравляють селективним хімічним травленням і на обидва боки НР наносять діелектричні дзеркала з високим коефіцієнтом відбиття. ОБ реалізується у пристрої на основі самоіндуційованого електрооптичного ефекту (self­elektro­optik­effect device ­ SEED). НР розміщена у збіденій області фотодіода і утворена приблизно 100 шарами із загальною товщиною 1 мкм.

Мал. №16

Напруга зміщення (5…10В) подається у зворотному напрямі. При включенні приладу у зовнішнє коло виникає оптоелектронний зворотний зв'язок При сильній освітленості внаслідок значного фотоструму і падіння напруги на резисторі R зменшується напруга на НР, що збільшує поглинання, яке, в свою чергу, призводить до збільшення фотоструму, доки SEED не стане повністю непрозорим. Для підтримки непрозорого стану достатньо незначної енергії вхідного світлового сигналу. Базова структура SEED реалізована і інтегральному виконанні. Послідовно з'єднані прилади утворюють симетричний SEED (S-SEED). Напруга зміщення V_зм подається у зворотному напрямі. Кожний з SEED є навантаженням для іншого.В одному стійкому стані лівий діод перебуває в області сильного поглинання, і вся напруга зміщення прикладається до правого діода. При достатньо великій потужності Р_вх2 правий діод генерує більший фотострум, ніж лівий, і напруга на ньому починає падати, внаслідок чого збільшується поглинання в правому діоді і зменшується в лівому. Подальше збільшення різниці стумів призводить до перемикання і бістабільності. Робота S-SEED менш критична, бо залежить від співвідношення інтенсивностей вхідних жмутків, а не від їх абсолютних значень. Пристрій встановлюється в стійкий стан невеликою потужністю, а при зчитуванні видає велику, забезпечуючи підсилення.

24,25. Фотонні та фононні кристали

Одне з визначень фотонного кристала — матеріал, структура якого характеризується періодичною зміною коефіцієнта переломлення в одному чи декількох просторових напрямках. При проходженні через такі структури електромагнітного випромінювання з довжиною хвилі порядку періоду гратки внаслідок інтерференції виникають фотонні заборонені зони. З експериментальної точки зору актуальною задачею є отримання фотонних кристалів з ефективним управлінням положенням та шириною забороненої зони.

Прикладами природного фотонного кристала є опал, кальцит, лабрадор. Так, благородний опал (хімічна формула Si2×n2O) широко відомий своїм використанням як дорогоцінний камінь і коштує дуже дорого (до $5 тисяч за карат). Штучні фотонні кристали роблять різними методами, найчастіше зі звичайного оксиду кремнію. Учені намагаються створити фотонні кристали для найрізноманітніших потреб. Наприклад, в оптоволоконних мережах для передачі світла на великі відстані, тому що в деяких із них світло практично не поглинається.

Фізико-технічні принципи формування необхідних характеристик пристроїв електроніки і мікроелектроніки засновані на керуванні рухом електронів у кристалічних ґратах твердого тіла. Для електронів як хвиль де Бройля кристалічні ґрати являють собою хвильовий фільтр. У результаті конструктивної І деструктивної інтерференції хвиль, відбитих від окремих площин, формуються відповідно смуги пропускання і подавлення фільтра або дозволені і заборонені енергетичні зони в кристалі.

Останнім часом інтенсивно розвиваються дослідження штучних періодичних структур, аналогічних природним кристалам. Ці структури складають основу нових різноманітних інтегральних пристроїв обробки сигналів, насамперед наноелектронних. З таких кристалоподібних структур (КС) значний розвиток мають напівпровідникові НҐ для електронів як хвиль де Бройля, ФК для електромагнітних хвиль, ФнК для пружних хвиль. Частотна фільтрація в таких структурах із формуванням зон заборонених енергій для електронів, фотонних і фононних заборонених зон дозволяє керувати проходженням хвиль, що забезпечує значні можливості в обробці сигналів.

НҐ — періодичні структури, утворені шарами напівпровідників (товщина шару ~10...100нм) з відмінною шириною забороненої зони.

Мал. №17

ФК для оптичного діапазону — просторові ґрати з періодом порядку довжини хвилі світла з просторово модульованим показником заломлення. Розрізняють два основних типи тривимірних ФК. У першому випадку у вузлах ґрат ФК розміщені однакові діелектричні частки, наприклад, кулі. Тут є, і е₂ — діелектрична проникність поза й усередині куль. Протилежне рішення — періодично розташовані отвори в діелектрику. У другому випадку вузли ґрат у діелектрику з проникністю є, зв'язані один з одним стрижнями з діелектричною проникністю є₂.

Крім значення постійних ґрат, характеристики ФК визначаються глибиною модуляції показника заломлення — оптичним контрастом, який дорівнює відношенню показників заломлення елементів ґрат і середовища, у якому вони розміщені.

Розрізняють одно-, дво- і тривимірні ФК. До одновимірних ФК відносять тонкоплІвкові оптичні фільтри, а також планарні відбивні ґрати інтегральних пристроїв оптоелектроніки.

Відбивні грати на ПАХ, утворені, наприклад канавками, витравленими на поверхні п'єзопідкладки, відносять до одновимірних ФнК. Принципові особливості КС виявляються в одновимірному варіанті.