Китай працює над створенням потужного іонного двигуна
18 Серпня , 2017
Робот-колесо, який рухається за рахунок деформації його м’якої зовнішньої оболонки
18 Серпня , 2017

“Нанопровідникові” транзистори з фотонним управлінням

Ідея заміни електронів фотонами світла і створення обчислювальних систем, здатних працювати буквально зі швидкістю світла, витає в науковому співтоваристві вже досить довго. Вчені з різних країн розробили ряд фотонно-електронних компонентів, які зможуть стати в майбутньому основою таких систем, проте, в більшості випадків, при роботі компонентів потрібно виконувати перетворення оптичних сигналів в електричні і навпаки за допомогою суто електронних ланцюгів. А це, в свою чергу, значно знижує ефективність та продуктивність обчислювальної системи.
Досить ефективне і елегантне вирішення вищезгаданої проблеми перетворення сигналів було знайдено вченими з Корейського університету (Korea University). Цим рішенням є транзистори з нанопровідників з фотонним управлінням (photon-triggered nanowire transistor, PTNT). За рахунок використання деяких видів взаємодії світла з матерією, струм, що протікає через транзистор, контролюється за допомогою потоку світла, що падає на певну ділянку нанопровідника.
Основою PTNT-транзистора є нанопровідник з напівпровідникового матеріалу, в який включені продовгі прозорі кремнієві сегменти, що чергуються з сегментами з непрозорого пористого кремнію. Електричні контакти встановлюються на кінцях нанопровідника в області його прозорих сегментів.
Сегменти з пористого кремнію виступають в ролі “резервуарів” для спійманих в пастку електронів. Через це в нанопровідникові виникає електричний потенціал, що забороняє проходженню через нього електричного струму, що відповідає вимкненому стану транзистора. Однак, пористий кремній володіє високою чутливістю до світла і коли фотони світла потрапляють на поверхню пористого кремнію, спіймані в пастку електрони збуджуються, переходять на вищий енергетичний рівень і стають здатні “втекти” з цієї пастки. Тобто при висвітленні відповідних сегментів транзистор починає пропускати електричний струм, переходить в увімкнений стан.
Експерименти з дослідними зразками PTNT-транзисторів показали, що співвідношення їх провідності у ввімкненому стані до провідності у вимкненому стані становить 106, що дозволяє використовувати такі транзистори не тільки в якості дискретних (логічних) компонентів, але й для посилення оптичного сигналу з одночасним його перетворенням в електричний.
Трохи пізніше дослідники синтезували більш складні структури нанопровідників, які містили по два сегменти з пористого кремнію, і станом такого транзистора вже можна було керувати за допомогою двох незалежних оптичних сигналів. І вже на основі таких “подвійних” транзисторів дослідники створили фотонні логічні елементи, що реалізують стандартні функції AND, OR, NAND і їх комбінації.
Сегменти нанопровідників з пористого кремнію робляться зараз за допомогою методу хімічного травлення. Побічним ефектом цього є те, що поверхня нанопровідника в цілому виходить грубою, а його структура – нерівномірною, що призводить до підвищення питомого електричного опору. Незабаром дослідники займуться пошуками іншого методу отримання пористого кремнію, який не буде порушувати структуру провідника в цілому, що дозволить отримати високу ефективність і швидкодію транзистора.

Першоджерело

Залишити відповідь

Увійти за допомогою: 
Inline
Inline