|
Фотонные транзисторы в кремниевом исполненииБольшинство электронных устройств в скором времени могут стать фотонными, т.е. вместо электронов, переносящих информацию, будут «курсировать» лучи света — фотоны. Многие эксперты в области микроэлектроники предвидят именно такой сценарий развития микроэлектроники, используемой в вычислительной технике. Эта область науки развивается уже с 1970 г. Фотоника (так называется эта новая область устройств, где в качестве основного сигнала используются отдельные фотоны) может применяться 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 чипов 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 чипе. Вот почему фотонные чипы экономичнее электронных: фотоника гораздо меньше отдает теплоты в окружающую среду и, следовательно, меньше потребляет энергии для работы. На сегодняшний день имеется ряд прототипов нанофотонных устройств. Однако есть 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» (рис. 19.5). Его функция - пропускать световые волны при наличии соответствующего сигнала и не пропускать, если сигнала разрешения нет.
В Корнеллском 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 удавалось делать и ранее, но их размеры составляли несколько миллиметров. Естественно, что связывать чип миллиметровых размеров с современными микросхемами по 90-нанометровому техпроцессу было бы неэффективно. Ученые из Корнелла смогли сделать такой же чип размерами несколько микрометров. Такое устройство уже можно интефировать в современные микросхемы. Удалось это сделать благодаря использованию арсенида галлия. Этот полупроводник легко можно интефировать в полупроводниковые устройства, и он в основном применяется в современной микроэлектронике. В основу нанофотонного модулятора лег кольцевой резонатор, который отстоит от прямого светового волновода на 200 нм (рис. 19.6). 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 мкм и получили свет с длиной волны 1555 и 1576 нм соответственно. Свет с такой длиной волны лежит в инфракрасном диапазоне длин волн. Теперь расскажем о механизме модуляции света электроникой. Кольцо-модулятор расположено на поверхности из отрицательно допиро-ванного кремния, а внутри кольца — область с положительным допированием (рис. 19.6). Поэтому волновод представляет собой зону раздела между р- и я-областями />-я-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, которую он может пропускать. Таким образом, напряжение «запирает» свет, проходящий через прямой отрезок волновода. 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 вол новод большей длины, и тогда чип будет уже макроскопических размеров. А ученые из Корнелла заставили бежать свет по кругу в резонансном кольце, тем самым удлинив его путь. В тестах ученые подавали на устройство 0,3 В 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 Гбит в секунду. Модулирование света позволило пропустить серию 0 и 1 за столь короткое время. А процесс передачи одного бита занимал несколько десятых пикосекунды.
ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала... ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования... ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры... Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|