Материал: Исследование оптических характеристик функционального преобразователя свет-частота на основе высокоомного GaAs

Согласно ВАХ на рис. 6, такой преобразователь также может выполнять роль логического элемента «И», если величина напряжения каждого из сигналов U_i будет удовлетворять условию:

,

где U_th - пороговое напряжение, n - количество сигналов. В таком случае суммирование сигналов будет приводить к возникновению генерации, а отсутствие одного из них - к срыву.

Аналогично, исходя из зависимостей f(E_v) и f(P) (рис. 9), преобразователь также может выполнять роль логического элемента «И-НЕ», если уровень интенсивности (мощности) каждого из оптических сигналов E_{v i} (P_i) будет удовлетворять условию:

,

где E_{v th} (P_th) - пороговый уровень интенсивности (мощности). В таком случае суммирование этих сигналов будет приводить к срыву генерации, а отсутствие одного из них - к возникновению.

Помимо этого, на части экспериментальных образцов наблюдалось другое явление. При засветке структуры оптическим излучением происходит срыв генерации подобно описанному ранее случаю, однако полное прекращение засветки не приводит к возобновлению генерации при неизменной величине приложенного напряжения. Генерация возобновляется лишь при кратковременном увеличении приложенного напряжения на 1 В и более относительно исходного. На данном эффекте может быть реализована энергозависимая оптически переключаемая ячейка памяти, в которой носителем информации о состоянии является не амплитудный сигнал, а частотный.

Аналоги

Имеющиеся в настоящее время на рынке аналоги преобразователя свет-частота компаний TAOS Inc. и HAMAMATSU представляют собой интегральные схемы, состоящие из фотодиода и схемы преобразователя ток-частота. В таблице 1 приведены сравнительные характеристики двух моделей таких преобразователей и разрабатываемого фотоэлектрического однокристального преобразователя. Исходя из паспортных данных, энергопотребление преобразователей TSL превышает энергопотребление экспериментальных образцов в 2 раза. В таблице 1 приведены сравнительные характеристики интегральных преобразователей свет-частота и разрабатываемого однокристального преобразователя свет-частота.

Таблица 1

Согласно экспериментальным результатам, преобразователь свет-частота в виде отдельного однокристального элемента имеет меньшее энергопотребление без критичных отличий основных рабочих параметров уже на начальной стадии разработки, без отработки технологии производства.

Выводы

Таким образом, можно сделать вывод о том, что функциональный однокристальный преобразователь свет-частота может быть реализован на основе высокоомного n-GaAs с помощью широко развитых и доступных плнарных технологий и не требует большого числа технологических операций.

Согласно полученным экспериментальным данным, 1) форма контактов не влияет на зависимость частоты от освещенности, 2) форма зависимости частоты от освещенности аналогична форме зависимости среднего тока через структуру от освещенности. Так же в ходе проведения исследования установлены некоторые функциональные особенности, которые могут использоваться в цифровой электронике.

Согласно сравнительной таблице 1, даже без отработки технологии создания разрабатываемый преобразователь свет-частота имеет меньшее энергопотребление и некритичные отклонения основных рабочих параметров. Дальнейшее исследование влияния технологических аспектов на конкретные рабочие характеристики может позволить свести такие отклонения к минимуму, а также, возможно, уменьшить и габаритные размеры.

Список литературы

1. Ефимов И.Е., Козырь И.Я., Горбунов Ю.И. Микроэлектроника: Проектирование, виды микросхем, функциональная микроэлектроника. - 2-е изд. - М.: «Высшая школа», 1987. - 416 с.

. Щука А.А. Функциональная электроника - М. Моск. гос. ин-т радиотехники, электроники и автоматики (техн. ун-т), 1998. - 259 с.

. Глинченко А.С. Цифровая обработка сигналов: В 2 ч. Ч. 1. - Красноярск: Изд-во КГТУ. 2001. - 199 с.

. Левинштейн М.Е., Пожела Ю.К., Шур М.С. Эффект Ганна. М.: Сов. радио, 1975. 288 с.

. Шур М.С. Современные приборы на основе арсенида галлия / Пер. с англ.; Под ред. М.Е. Левинштейна. М.: Мир, 1991. 632 с.

. Бонч-Бруевич В.Л., Звягин И.П., Миронов А.Г. Доменная электрическая неустойчивость в полупроводниках. М.: Наука, 1972. 416 с.

. Neumann A. Slow domains in semi-insulating GaAs // J. Appl. Phys. 2001. V. 90. № 1. P. 1-26.

. Kiyama M., Yamada M., Tatsumi M. Quantitative analysis of low-frequency current oscillation in semi-insulating GaAs // Eur. Phys. J. Appl. Phys. 2004. V. 27. P. 185-188.

. Kiyama M., Tatsumi M., Yamada M. High-electric-field current-voltage characteristics and low-frequency oscillations in a low-dislocation-density semi-insulating GaAs // J. Appl. Phys. 2005. V. 97. P. 116103-1-116103-3.

. Yong D., Shengli L., Fuchuan Z. Modulation of low-frequency oscillations in GaAs MESFETs’ channel current by sidegating bias // Chinese Science Bulletin. 2005. V. 50. № 9. P. 932-935.

. Albuquerque H.A., Da Silva R.L., Rubinger R.M., De Oliveira A.G., Ribeiro G.M., Rodrigues W.N. Modeling Chaotic Current Oscillations in Semi-Insulating GaAs with Rate-Equations of Impact Ionization and Field-Enhanced Trapping // Brazilian J. Phys. 2006. V. 36. № 2A. P. 248-251.

. Муравский Б.С., Григорьян Л.Р., Рубцов Г.П., Черный В.Н. Перспективы использования рекомбинационной неустойчивости тока в функциональной электронике // Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники. Труды VII Всероссийской научно-технической конференции с международным участием. Таганрог, 2000. С. 69.

. Neumann A.J. Slow domains in semi-insulating GaAs // Appl. Phys. 2001. V. 90 (1). P. 1-26.

. Муравский Б.С. и др. Исследование кинетики поверхностно-барьерной неустойчивости // ФТП. 1972. Т. 6 (11). С. 2114-2122.

.Муравский Б.С. и др. Исследование кинетики поверхностно-барьерной неустойчивости тока // Микроэлектроника. 1989. Т. 18 (4). С. 304-309.

. Zucker J., Conwell E.M. The recombination of hot carriers in germanium // Phys. and Chem. Solids. 1961. V. 22. P. 141-147.

. Pratt R.G., Ridley B.K. Hot electrons and negative resistance at 20°K In n-type germanium containing Au⁻ centers // Phys. and Chem. Solids. 1965. V. 26. № 1. P. 21-31.

. Ridley B.K., Pratt R.G. The Capture of Hot Electrons by Gold Centres in n-type Germanium // Proc. Phys. Soc. 1963. V. 81. №6. P. 996-1012.

. Kagan M.S., Kalashnikov S.G., Zhdanova N.G. Nonlinear Electrical Effects and Recombination of the Hot Electrons in Compensated Germanium // Phys. Status Solidi. 1965. V.11. №1. Р. 415-428.

. Горюнова Н.А., Леонов Е.И., Орлов В.М., Родионов Л.Ф., Сондаевский В.П. Неустойчивости тока в CdSnP₂ // Письма в ЖЭТФ. 1970. Т. 12. С. 459-461.

. Воробьев Ю.В., Костылев С.А., Макарова Т.В., Прохоров Е.Ф. Захват горячих электронов в структурах эпитаксиальная пленка n-GaAs - полуизолирующая подложка // ФТП. 1984. Т. 18. №10. С. 1784-1787.

22. Михайлов А.И., Митин А.В. Экспериментальное исследование неустойчивостей тока в длинных высокоомных планарных структурах арсенида галлия в условиях воздействия оптического излучения // Физика и технические приложения волновых процессов: Тез. докл. VI Международной научно-технической конференции: Приложение к журналу "Физика волновых процессов и радиотехнические системы" / Под ред. В.А. Неганова, Г.П. Ярового. Казань, 2007. С. 240-241.

. Михайлов А.И., Митин А.В. Низкочастотные колебания тока в длинных планарных высокоомных структурах арсенида галлия // Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы: Труды IX международной конференции. Ульяновск: УлГУ, 2007. С. 85.

. Михайлов А.И., Митин А.В. Рекомбинационная неустойчивость тока в длинных высокоомных планарных структурах арсенида галлия в условиях воздействия оптического излучения // Физика и технические приложения волновых процессов: Тез. докл. VII Международной научно-технической конференции, посвященной 150-летию со дня рождения А.С. Попова: Приложение к журналу "Физика волновых процессов и радиотехнические системы". Самара: «Самарское книжное издательство», 2008. С. 232-233.

. Михайлов А.И., Митин А.В., Терентьева А.И., Павлов А.А. Особенности рекомбинационных неустойчивостей тока в длинных высокоомных планарно-эпитаксиальных структурах арсенида галлия // Физика и технические приложения волновых процессов: материалы докладов VIII Международной научно-технической конференции: Приложение к журналу «Физика волновых процессов и радиотехнические системы». СПб.: Политехника, 2009. С. 130-131.

. Михайлов А.И., Митин А.В., Терентьева А.И. Исследование рекомбинационной неустойчивости тока в длинных структурах на основе высокоомного GaAs // Физика и технические приложения волновых процессов: материалы IX Международной научно-технической конференции. Челябинск: Изд-во Челяб. гос. ун-та, 2010. С. 84.

. Муравский Б.С. Электрофизические и фотоэлектрические свойства транзисторных структур с распределенным эмиттером и функциональные приборы на их основе / Б.С. Муравский, Г.П. Рубцов, Л.Р. Григорьян, О.Н. Куликов// Журнал радиоэлектроники: электронный журнал. - 2000. № 10.

28. Михайлов А.И., Митин А.В., Кожевников И.О. Особенности возникновения устойчивых колебаний тока большой амплитуды в длинных высокоомных планарно-эпитаксиальных структурах на основе арсенида галлия // Всероссийская конференция «Микроэлектроника СВЧ»: Сборник трудов конференции, Том 1. СПб.: ГЭТУ, 2012. - С. 49-53.

. Михайлов А.И., Митин А.В., Кожевников И.О. Многочастотная генерация в параллельных высокоомных планарно-эпитаксиальных структурах на основе арсенида галлия// Всероссийская конференция «Микроэлектроника СВЧ»: Сборник трудов конференции (электронная версия). Санкт-Петербург: СПбГЭТУ, 2013.