Свидиненко Юрий
Большинство электронных устройств в скором времени могут стать фотонными, то есть вместо электронов, переносящих информацию будут "курсировать" лучи света - фотоны.
Большинство экспертов в области микроэлектроники предвидят именно такой сценарий развития микроэлектроники, используемой в вычислительной технике. Эта область науки развивается уже еще с 1970 года. Фотоника (так называется эта новая область устройств, использующих в качестве основного сигнала отдельные фотоны) может использоваться в таких областях, как телекоммуникации, маршрутизация Интернета, оптоволоконные сети, и, конечно, в создании "световых компьютеров".
Почему же так выгодно использовать фотонику вместо обычной электроники? Во-первых, фотонные устройства будут потреблять меньше энергии. Во-вторых, с помощью фотонных чипом можно будет оперировать большими объемами информации, и, следовательно, скорость вычислений возрастет.
Грубо говоря, в фотонном чипе лучи света заменят ток электронов по проводникам в аналогичном электронном. Вот почему фотонные чипы экономичнее электронных: фотоника гораздо меньше отдает тепла в окружающую среду, и, следовательно, меньше потребляет энергии для работы.
На сегодняшний день существует ряд прототипов нанофотонных устройств. Однако существует проблема: фотонные устройства надо органично "вписать" в море современной электроники. И для этого необходимо сконструировать устройство, которое обеспечивало бы взаимодействие между фотонными и электронными чипами.
Такое устройство можно назвать "фотонным транзистором" или "фотонным ключом". Его функция - пропускать световые волны при наличии соответствующего сигнала и не пропускать, если сигнала разрешения нет.
В Корнелльском университете, США, исследователям удалось приблизиться к решению этой проблемы. Они смогли создать устройство, которое переводит электрический сигнал в модулируемый световой луч в наноразмерном диапазоне. При этом размеры фотонного устройства позволяют использовать его в маршрутизаторах, оптоволоконных сетях и микропроцессорах.
Такие устройства удавалоь делать и ранее, но они были размерами около нескольких миллиметров. Естественно, что связывать чип миллиметровых размеров с современнными микросхемами по 90-нм техпроцессу было бы неэффективно. А ученые из Корнелла смогли сделать такой же чип размерами несколько микрон. А такое устройство уже можно интегрировать с современными микросхемами.
Удалось это сделать благодаря использованию арсенида галлия. Этот полупроводник легко можно интегрировать в полупроводниковые устройства, и он, в основном, применяется в современной микроэлектронике.
Рис. 1. Принцип действия фотонного ключа
О работе ученые сообщили в майском выпуске журнала Nature. Руководил исследованиями ученый из Корнелльского университета Майкл Липсон.
В основу нанофотонного модулятора лег кольцевой резонатор, который отстоит от прямого светового волновода на 200 нанометров (см. рис. 1). Свет, проходящий через прямой отрезок волновода, множество раз огибает кольцевой резонатор. Явление это широко известно и используется в фотонных устройствах. Причем от диаметра кольца напрямую зависит длина волны светового пучка на выходе из резонатора. Ученые использовали диаметры 10 и 12 микрон и получили свет с длиной волны 1555 нм и 1576 нм соответственно. Свет с такой длиной волны лежит в инфракрасном диапазоне длин волн.
Теперь расскажем о механизме о модуляции света электроникой. Кольцо-модулятор расположено на на поверхности из отрицательно допированного кремния, а внутри кольца - область с положительным допированием (см. рис. 1). Поэтому волновод представляет собой зону раздела между p и n областями p-n диода, образованного структурой волноводов и полупроводников.
Как только на микросистему подают напряжение, электроны и дырки поступают в область волновода, изменяя его оптический коэффициент преломления. Соответственно, у волновода изменяется резонансная частота света, который он может пропускать. Таким образом, напряжение "запирает" свет, проходящий через прямой отрезок волновода.
Рис. 2. Микрофотография фотонного чипа
Ранее ученые использовали похожий принцип диода в фотонике для того, чтобы модулировать свет в прямых участках волновода. И это удавалось только тогда, когда свет проходил сравнительно большое расстояние по волноводу. Соответственно, для работы устройства нужен волновод большей длины и чип будет уже макроскопических размеров. А ученые из Корнелла заставили бежать свет по кругу в резонансном кольце, тем самым удлиннив его путь.
В тестах ученые подавали на устройство 0.3 вольта и этого хватало, чтобы прекратить распространение света по волноводу. Затем исследователи протестировали устройство на частоту включений. Результаты оказались довольно оптимистичными: с помощью кольца-резонатора ученые пропустили через фотонный транзистор 1.5 гигабита в секунду информации. Грубо говоря, они пропустили серию логических 0 и 1 (что соответствует битам информации). Модулирование света позволило пропустить серию 0 и 1 за столь короткое время. А процесс передачи одного бита занимал несколько десятых пикосекунды.
Другие работы по теме:
Стабилизатор напряжения
Содержание Введение 1. Обзор литературы по теме 2. Выбор описание электрической схемы устройства 3. Расчёт элементов схемы 4. Методика испытания устройства
Изучение работы полевого транзистора
Принцип работы полевого транзистора. Стоковые характеристики транзистора. Причина насыщения в стоковой характеристике полевого транзистора. Устройство полевого транзистора с управляющим p-n-переходом. Инверсия типа проводимости.
Изготовление фотонных кристаллов
Изучение процесса изготовления фотонных кристаллов как материалов, структура которых характеризуется периодическим изменением показателя преломления в пространственных направлениях. Методы получения: самопроизвольное формирование, травление, голография.
Универсальный блок питания
Министерство общего и профессионального образования Томский политехнический университет Курсовая работа по электронике «Универсальный блок питания»
Транзисторы
Свойства p—n-пеpехода можно использовать для создания усилителя элек-тpических колебаний, называемого полупpоводниковым тpиодом тpанзисто-pом
МОП-транзисторы
СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ Устройство полевого транзистора. Схемы включения полевого транзистора. Эквивалентная схема полевого транзистора. 4. Параметры полевого транзистора.
Диоды
Полупроводники стали настоящей золотой жилой техники, когда из них научились делать структуры, похожие на слоистый пирог. Выращивая слой n-полупроводника на пластинке p-полупроводника, мы получим двухслойный полупроводник. Переходный слой между ними называется
Дифференциальный усилитель
Технические требования: Микросхема должна соответствовать общим техническим требованиям и удовлетворять следующим условиям: повышенная предельная температура +85С;
Расчет схемной модели кремниевого дрейфового транзистора
Рассчет параметров П-образной эквивалентной схемы транзистора включенного по схеме с ОЭ для НЧ и ВЧ. Зависимость максимальной частоты от напряжения коллектор-эмиттер. Описание технология изготовления дрейфового транзистора, структура n-p-n-перехода.
Интегральные микросхемы серии 500
Интегральные микросхемы серии 500 предназначены для применения в технических средствах и используются для построения быстродействующих устройств (процессоры,каналы).
Транзисторы
Свойства р-n-перехода можно использовать для создания усилителя электрических колебаний, называемого полупроводниковым триодом или транзистором.
Типы интегральных схем
Text Graphics Типы интегральных схем Graphics Корпуса микросхем Graphics Вид обрабатываемого сигнала Graphics
Интегральная и микропроцессорная схемотехника
Рабочая программа курса «Интегральная и микропроцессорная схемотехника» Введение . Роль интегральной электроники в развитии современной науки и техники. Этапы перехода от дискретных элементов к интегральным микросхемам. Успехи, достигнутые в области разработки полупроводниковых приборов и микросхемотехники.
История развития транзисторов
ПЯТИГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА УПРАВЛЕНИЯ И ИНФОРМАТИКИ В ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ РЕФЕРАТ «История развития транзисторов»
Источники питания
ИМПУЛЬСНЫЕ В отличие от традиционных линейных ИП, предполагающих гашение излишнего нестабилизированного напряжения на проходном линейном элементе, импульсные ИП используют иные методы и физические явления для генерации стабилизированного напряжения, а именно: эффект накопления энергии в катушках индуктивности, а также возможность высокочастотной трансформации и преобразования накопленной энергии в постоянное напряжение.
Описание схемы автомата световых эффектов Бегущие огни
1 ОПИСАНИЕ СХЕМЫ АВТОМАТА СВЕТОВЫХЭФФЕКТОВ «БЕГУЩИЕ ОГНИ» Трехфазный мультивибратор собран на транзисторах VT1-VT3, в их коллекторные цепи включены светодиоды HL1-HL12, разделенные на три группы по четыре последовательно. Транзисторы поочередно открываются и включают соответствующие светодиоды.
Разновидности биполярных транзисторов (БТ)
Классификация биполярных транзисторов по типу рабочего материала и механизму передачи тока в структуре. Технологические разновидности БТ. Основные свойства сплавных и планарных транзисторов. Ширина диапазона рабочих частот БТ. Способы повышения усиления.
Элементы ИМС на МДП-транзисторах и КМОП-транзисторах
Построение и анализ работы схем элементов интегральных микросхем средствами Electronics WorkBenck. Обработка информации цифровых устройств с помощью двоичного кода. Уровень сигнала на выходах управляющих транзисторов, перевод их в закрытое состояние.
Электроника
Проектирование транзисторных усилителей. Формы применения местных и общих отрицательных обратных связей при улучшении параметров усилителя. Анализ ёмкости переходных и блокировочных конденсаторов. Сущность входного сопротивления предварительного каскада.
Полевые транзисторы
Устройство и принцип действия полевого транзистора. Статические характеристики. Полевые транзисторы с изолированным затвором. Схемы включения полевых транзисторов. Простейший усилительный каскад. Расчет электрических цепей с полевыми транзисторами.
Специальные схемы усилительных каскадов
Виды и примеры применения составных транзисторов. Усилительные каскады с динамическими нагрузками. Свойства каскадного соединения. Амплитудно-частотные и переходные характеристики многокаскадных усилителей. Выбор числа каскадов импульсных усилителей.
Трибунал Великого княжества Литовского
Трибунал Великого княжества Литовского — высший апелляционный суд в Великом княжестве Литовском. Организован в марте 1581, спустя три года после создания коронного трибунала, начал действовать в 1582. Состоял из 46 депутатов, избиравшихся на год из шляхты на поветовых сеймиках по 2 от повета (с 1588 избирались еще 3 депутата от жмуди)[1].
История и развитие радиотехники
Предметом электронной техники является теория и практика применения электронных, ионных и полупроводниковых приборов в устройствах, системах и установках для различных областей народного хозяйства. Гибкость электронной аппаратуры, высокие быстродействия, точность и чувствительность открывают новые возможности во многих отраслях науки и техники.
Принципы построения ОЗУ
Изучение принципов построения оперативных запоминающих устройств Цель работы: Изучение основных принципов построения оперативных запоминающих
Закон Мура
Основные характеристики компьютеров улучшаются в два раза каждые два года.
Информатика
История развития информатики. История компьютера.
Шокли Уильям
Шокли (Chockley) Уильям Брэдфорд (1910, Лондон - 1989), американский физик. Труды по физике твердого тела и полупроводников.