- •Оглавление
- •1 Введение в функциональную электронику
- •Основные направления развития функциональной микроэлектроники
- •2 Оптоэлектроника и оптоэлектронные устройства
- •2.1 Оптоэлектронные приборы
- •2.1.1 Оптопары
- •2.1.2 Резисторные оптопары
- •2.1.3 Диодные оптопары
- •2.1.4 Транзисторные оптопары
- •2.1.5 Тиристорные оптопары
- •2.1.6 Оптоэлектронные микросхемы
- •2.1.7 Параметры оптопар
- •2.2 Оптическая память
- •2.2.1 Оптические запоминающие устройства
- •2.2.2 Оптические запоминающие среды
- •2.3 Основы интегральной оптики
- •2.4 Устройства и элементная база интегральной оптики
- •2.5 Оптические волокна: их типы и характеристики. Волноводы
- •2.6 Интегрально-оптические схемы
- •3. Функциональная полупроводниковая электроника, приборы с зарядовой связью.
- •3.1. Физические основы
- •3.1.1. Динамические неоднородности в полупроводниках
- •3.1.2. Континуальные среды
- •3.1.3. Генераторы динамических неоднородностей
- •3.1.4. Устройства управления динамическими неоднородностями
- •3.1.5. Детекторы динамических неоднородностей
- •3.2. Приборы и устройства функциональной полупроводниковой электроники
- •3.2.1. Аналоговые процессоры на пзс-структурах
- •3.2.2. Цифровые процессоры на пзс-структурах
- •3.2.3. Запоминающие устройства на пзс-структурах
- •3.2.4. Биспин-приборы
- •3.2.5. Приборы на волнах пространственного заряда
- •3.2.6. Ганновские приборы
- •4 Функциональная магнитоэлектроника, приборы и устройства функциональной магнитоэлектроники
- •4.1. Физические основы функциональной магнитоэлектроники
- •4.1.1. Динамические неоднородности в магнитоэлектронике
- •4.1.2. Континуальные среды
- •4.1.3. Генерация, детектирование и управление динамическими неоднородностями
- •4.2. Приборы и устройства функциональной магнитоэлектроники
- •4.2.1. Процессоры сигналов на цмд
- •4.2.2. Процессоры сигналов на мсв
- •4.2.3. Запоминающие устройства на цмд
- •4.2.4. Запоминающие устройства на магнитных вихрях
- •5. Функциональная акустоэлектроника и приборы функциональной акустоэлектроники
- •5.1. Физические основы
- •5.1.1. Динамические неоднородности
- •5.1.2. Континуальные среды
- •5.1.3. Генераторы динамических неоднородностей
- •2.1.4. Устройство управления динамическими неоднородностями
- •5.1.5. Детектирование динамических неоднородностей
- •5.2. Приборы функциональной акустоэлектроники
- •2.2.1. Линии задержки
- •5.2.2. Устройства частотной селекции
- •5.2.3. Генераторы на пав
- •5.2.4. Усилители
- •5.3. Нелинейные устройства
- •5.3.1. Физические основы
- •5.3.2. Конвольверы
- •5.3.3. Устройства памяти
- •5.3.4. Фурье-процессоры
- •5.4 Акустоэлектроника в системах связи
- •6. Физические основы квантовой электроники
- •6.1. Спонтанное и вынужденное излучение
- •6.2 Спектральные линии
- •6.3 Поглощение и усиление
- •6.4 Принципы работы лазера
- •6.5 Типы лазеров
- •6.5.1. Лазеры на основе конденсированных сред
- •6.5.1.1. Твердотельные лазеры
- •6.5.1.2. Полупроводниковые лазеры
- •6.5.1.3. Жидкостные лазеры
- •6.5.2 Газовые лазеры
- •6.5.2.1 Лазеры на нейтральных атомах
- •6.5.2.2 Ионные лазеры
- •6.5.2.3 Молекулярные лазеры
- •6.5.2.4 Эксимерные лазеры
- •6.5.2.5 Газодинамические лазеры
- •6.5.3 Химические лазеры
- •6.5.4 Лазеры на парах металла
- •6.5.5 Лазеры на свободных электронах
- •7. Функциональная диэлектрическая электроника
- •7.1. Физические основы
- •7.1.1. Динамические неоднородности
- •7.1.2. Континуальные среды
- •7.1.3. Генераторы динамических неоднородностей
- •7.1.4. Другие элементы приборов
- •7.2. Приборы и устройства функциональной диэлектрической электроники
- •7.2.1. Слоистые структуры
- •7.2.2. Устройства памяти
- •7.2.3. Процессоры
- •8 Функциональная молекулярная электроника
- •8.1 Физические основы
- •8.1.1. Динамические неоднородности
- •8.1.2. Континуальные среды
- •8.1.3. Другие элементы приборов
- •8.2. Молекулярные устройства
- •8.3. АВтоволновая электроника
2.6 Интегрально-оптические схемы
Интегрально-оптическая схема представляет собой миниатюризированное функционально законченное устройство обработки информации, связь между элементами которой осуществляется с помощью электрических и световых сигналов.
Различают гибридные и монолитные интегрально-оптические схемы.
Гибридные интегрально-оптические схемы создают методом прецизионной сборки из отдельных интегрально-оптических элементов на общей подложке. В оптических интегральных схемах различают электронную и фотонную части. С помощью многократных ростовых операций и селективного травления на одной пластине размещены электронные устройства и фотонные устройства. Пространственное разделение фотонной и электронной частей может производиться как путем вертикальной, так и горизонтальной интеграции.
В вертикально-интегрированной структуре различные слои материалов разделены полуизолирующими материалами такой толщины, чтобы избежать паразитных связей между Различными участками. К недостаткам вертикально-интегрированных структур можно отнести непланарное расположение электрических соединений между фотонными и электронными частями схемы. Это затрудняет изготовление сложных схем. Горизонтальная геометрия позволяет разнести в пространстве электронную и фотонную части и тем самым уменьшить паразитные связи.
При проектировании оптических интегральных схем необходимо придерживаться трех принципов:
1. Сохранение объема сигнала. Это означает, что оптоэлектронное преобразование информации должно происходить без потерь информации. Другими словами, объем сигнала определяется соотношением
V = T-F-L = const, (4)
где Т— длительность сигнала F—ширина спектра частот, L=ln(Рс / Рш) — динамический диапазон, Рс — мощность сигнала, Рш — мощность шума. Этот принцип определяет возможность изменения параметров сигнала в процессе оптоэлектронного преобразования.
2. Оптимальность структуры. Этот принцип выражает необратимость фотон-электронного и электрон-фотонного преобразования сигнала в одной системе. При оптоэлектронном преобразовании потери информации должны быть минимальными. С этой целью фотоприемные звенья следует формировать в полупроводнике с меньшей шириной запрещенной зоны, чем излучающие звенья.
3. Информативность преобразования. Принцип заключается в том, что при равных информационных объемах сигналов в результате оптоэлектронного преобразования информативность ансамбля фотонов больше информативности ансамбля электронов. Это следует из физических свойств электронов и фотонов. Электрон обладает зарядом и спином и вектор скорости электрона при его движении определяется векторами внешнего электрического и магнитного полей. Фотон движется с постоянной скоростью и независимо от внешних электромагнитных полей.
Монолитные интегрально-оптические схемы изготавливают в основном на базе соединений А3 В5.
Изготовление монолитных интегрально-оптических схем сопряжено с рядом проблем. Среди главных следует выделить технологические: эпитаксиальное наращивание слоев с нужными электрооптическими свойствами, селективное травление, рост через маску и др.
Решив эти и другие проблемы, можно будет надеяться на создание интегрально-оптических схем, превосходящих полупроводниковые ИС по скорости обработки информации, высокой помехоустойчивости. Они найдут широкое применение в системах оптической обработки информации, включая волоконно-оптические линии связи. Особое внимание будет уделено оптическим вычислительным машинам.