Оптические вычисления - Арратуна Р.
Скачать (прямая ссылка):
854 нм и связаны соответственно с экситонами, включающими тяжелые дырки н
легкие дырки. В объемном GaAs может наблюдаться единственный вид экси-
тона, но в квантовой яме повышена степень вырождения валентной зоны и
возникают различные энергетические дырочные подзоны. Когда к
квантоворазмерной структуре в поперечном направлении приложено
напряжение, экситонные пики смещаются в сторону больших длин волн, но
остаются хорошо разрешимыми. Из данных на рис. 3.27 видно, что
пропускание света на длине волны экситонов, содержащих тяжелые дырки при
нулевом поле, более чем удваивается при подаче 8 В. Это предполагает
изменение коэффициента поглощения на 4000 см-1, величину много большую,
чем достижимо при эффекте электропоглощения в объеме при таких же
напряженностях полей. Такие сильные эффекты также не исключены и для
систем GaAs/ /AlGaAs. Аналогичные эффекты экситонного электропоглощения
недавно наблюдались в квантоворазмерных структурах на основе
InGaAs/lnAlAs в диапазоне длин волн от 1100 до 1600 нм
[31], используемом в волоконно-оптических линиях связи.
Надежды на объединение модулятора на квантоворазмерных структурах с ПЗС
выглядят вполне обещающими. Фактически недавно была продемонстрирована
успешно работавшая ПЗС, подложка которой включала квантоворазмерную
структуру [12]. На рис. 3.28 показан разрез такого устройства. Уникальная
особенность ПЗС - использование одиночной квантовой ямы для создания
канала. Удержание носителей в тонком слое уменьшает вероятность захвата
на глубокие ловушки, что представляет общую проблему для ПЗС на основе
GaAs и AlGaAs. Хотя диапазон изменений канального потенциала в первом
устройстве составлял менее 1 В и, следовательно, не мог быть использован
для наблюдения модуляции, устройство продемонстрировало жизненность
концепции интеграции модуляторов на квантоворазмерных структурах и ПЗС на
одной подложке.
Хотя экситонное электропоглощение создает впечатляющие перспективы,
важные вопросы остаются пока без ответа. Один вопрос относится к тому
факту, что в ПЗС-структуре на рис. 3.28 электрические поля не будут
полностью направлены по нормали к плоскости квантоворазмерной структуры
из-за различия напряжений на затворах. Если боковые компоненты поля Е
превышают 104 В/см, экситон претерпевает ионизацию полем и резонансное
поглощение исчезает [7]. Таким образом, потребуется тщательно подбирать
распределение полей в ПЗС, чтобы обеспечить направление электрического
поля по нормали к слоям квантоворазмерной структуры, что совпадает с
направлением распространения падающего света. Другой интересный
по
Часть I. Пространственные модуляторы света
Длина волны, нм
Рис. 3.27. Экспериментальная спектральная зависимость коэффициента
оптического поглощения структуры, изображенной на рис. 3.26, для
различных
напряжений.
Рис. 3.28. Поперечное сечение ПМС на основе ПЗС, использующего слои,
формирующие "квантовую яму", в качестве канала ПЗС и модулятор света на
основе квантоворазмерной структуры.
Г лава .3. Компоненты оптического процессора на основе ПЗС
вопрос относится к эффектам выбеливания, ожидаемым для данного
устройства. Экситоны быстро ионизуются в свободные носители, которые,
если они могут туннелировать или совершать надбарьерные прохождения через
барьеры AlGaAs, будут уходить из квантоворазмерной структуры, что вызовет
выбеливание. В описанных до настоящего времени квантоворазмерных
структурах измерения фототока показывают, что свободные носители, в самом
деле, могут "убегать", из квантовых ям. Вопрос о том, действительно ли
данная структура может быть усовершенствована, чтобы обеспечить
рекомбинацию носителей в квантоворазмерных структурах, в настоящее время
является открытым и находится в стадии исследований.
3.6. Выводы
ПЗС-технология на GaAs обладает потенциальными возможностями внести
значительный вклад в оптическую обработку и оптические вычисления в
области матриц фотоприемников и пространственных модуляторов света. В
области детекторов ПЗС предлагают значительные вспомогательные функции,
такие как мультиплексирование, демультиплексирование и временное
интегрирование сигналов фотоприемников. Что действительно отличает GaAs
от кремния, так это продемонстрированная возможность достижения тактовых
частот ПЗС, намного больших 1 ГГц, что является важным режимом для многих
процессоров ЭООС. Арсеиид-галлиевые ПЗС-структуры с затворами на барьерах
Шоттки, такие как структуры с резистивным затвором, являются совместимыми
с требованиями, предъявляемыми к широкополосным полевым транзисторам.
Таким образом, возможно создание матриц фотоприемников с высоким уровнем
интеграции вспомогательных цепей. Для ПМС квантоворазмерные структуры на
GaAs и GaAs/AlGaAs обладают уникальными эффектами электропоглощения, не
обнаруживаемыми в кремнии. Описанная здесь предварительная работа
показала, что адресуемые ПЗС-квантоворазмерные структуры являются
многообещающими для получения быстродействующих двумерных ПМС,
