шаховой_юзюк_квантовая и оптоэлектроника

Шаховой Р.А., Юзюк Ю.И.

тенциал: теоретически она позволяет хранить до триллиона битов на квадратном дюйме! Это в раз больше, чем у любого известного магнитного носителя.

Принцип записи информации в этой технологии чрезвычайно прост – он очень напоминает старые и уже забытые перфокарты. Отличие состоит в том, что в данном случае «дырки» помень-

ше (их размер примерно	нанометров)	пробиваются они не в бумаге,	а в пластиковой пленке,
и не механической высечкой, а путем		нагрева. Но самое главное	отличие заключается

в возможности восстанавливать «пробитые» места. Другими словами, есть возможность стирания и повторной записи.

Итак, путем локального нагрева в пластиковой пленке делают крошечное отверстие – пластик плавится, но затянуться не успевает. При считывании в месте, где есть отверстие, будет маленькое сопротивление, а в месте, где отверстия нет – высокое, так как пластик является диэлектриком. Величина сопротивления может быть использована в качестве логического нуля и единицы. При нагревании до более высокой температуры отверстие исчезает за счет эффекта поверхностного натяжения.

Внекотором смысле Millipede представляет собой развитие идеи дисков: в нем есть подложка, хранящая данные, и перемещающаяся над ней считывающая головка. Головка имеет большое количество очень маленьких иголок, осуществляющих считывание и запись, поэтому прибор

иназвали многоножкой. Как и в дисках, плотность записи здесь очень высока, но благодаря наличию большого числа рабочих игл в Millipede возможна параллельная запись и считывание информации, т.е. эта технология гораздо быстрее!

Впервом чипе Millipede головка имела рабочие иглы, расположенные в виде матри-

цы . Самая сложная часть в этом устройстве — механика, она представляет собой микромашину, изготовленную полностью из кремния.

Заключение

Ну, вот и подошло к концу наше с Вами знакомство с миром квантовой и оптической электроники. Строго говоря, это знакомство было завершено в конце предыдущей главы, так как технология flash-памяти не вписывается ни в рамки квантовой, ни в рамки оптической электроники. Подобными вопросами занимается микро-, или скорее наноэлектроника. Тем не менее, мы считаем что этот «бонус» пойдет Вам только на пользу.

Вы сами понимаете, что в такой маленькой книге невозможно рассказать о предмете нашего знакомства подробнее. Мы лишь попытались осветить круг самых популярных вопросов, которые обязательно должны возникнуть в голове любознательного человека, живущего в мире современных технологий. Однако надеемся, что приведенный здесь материал помог Вам в познании «природы» вещей, которые нас окружают.

Еще раз заметим, что, несмотря на громадную, казалось бы, пропасть между старыми, традиционными технологиями и нанотехнологиями, между ними существует нерушимая связь, которую Вы уже должны были «нащупать». Если Вы обнаружили ее, то наверняка разберетесь, куда двигаться дальше. Желаем Вам удачи в освоении новых вершин, которых впереди еще вон сколько!

121

На пути в эру нанотехнологий…

БИБЛИОГРАФИЯ

Книжные издания

1.Левинштейн М.Е., Симин Г.С. Знакомство с полупроводниками / Под. ред. Л.Г. Асламазова. – М.: Наука, 1984. – (Библиотечка «Квант». Вып. 33).

2.Игнатьева А.В., Краснощекова Т.И., Смирнов В.Ф. Курс высшей математики. – М.: Высш. шк., 1964.

3.Мигдал А.Б. Квантовая физика для больших и маленьких. – М.: Наука, 1989.

4.Трейман С. Этот странный квантовый мир. – Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2002.

5.Ландау Л.Д., Лившиц Е.М. Теоретическая физика. – Т. 3. Квантовая механика. Нерелятивистская теория. – М.: Наука, 1974.

6.Иродов И.Е. Волновые процессы. Основные законы: Учеб. пособие для вузов. – М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001.

7.Звелто О. Принципы лазеров: Пер. с англ. / Под ред. Т.А. Шмаонова. – М.: Мир, 1990.

8.Ландсберг Г.С. Оптика: Учеб. пособие. – М.: Наука, 1976.

9.Карлов Н.В. Лекции по квантовой электронике. – М.: Наука, 1983.

10.Коротеев Н.И., Шумай И.Л. Физика мощного лазерного излучения. – М.: Наука, 1991.

11.Мэйтленд А., Дани М. Введение в физику лазеров: Пер. с англ. / Под ред. С.И. Анисимова. – М.: Наука, 1978.

12.Миронов В.Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии. – М.: Техносфера, 2004.

13.Бонч-Бруевич В.Л., Калашников С.Г. Физика полупроводников: Учебное пособие для вузов. – М.: Наука, 1990.

14.Верещагин И.К., Косяченко Л.А., Кокин С.М. Введение в оптоэлектронику. – М.: Высш. шк., 1991.

15.Глинка Н.Л. Общая химия: Учеб. пособие для вузов / Под. ред. А.И. Ермакова. – М.: Интеграл-Пресс, 2003.

16.Гуртов В.А. Твердотельная электроника: Учеб. пособие. – Петрозаводск, 2004.

17.Жеребцов И.П. Основы электроники. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1989.

18.Иродов И.Е. Квантовая физика. Основные законы: Учеб. пособие для вузов. – М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001.

19.Калашников С.Г Электричество: Учеб. пособие. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003.

20.Киттель Ч. Введение в физику твердого тела: Пер. с англ. / Под. ред. А.А. Гусева. – М.: Наука, 1978.

21.Кобаяси Н. Введение в нанотехнологию: Пер. с японск. / Под. ред. Л.Н. Патрикеева. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005.

22.Носов Ю.Р. Оптоэлектроника. – М.: Радио и связь, 1989.

23.Павлов П.В., Хохлов А.Ф. Физика твердого тела: Учеб. пособие. – М.: Высш. шк., 2000.

24.Рыбалкина М.А. Нанотехнологии для всех. – М.: Nanotechnology News Network, 2005.

25.Савельев И.В. Курс общей физики. – Т.2. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика. – М.: Наука, 1982.

26.Сивухин Д.В. Общий курс физики. – Т.2. Термодинамика и молекулярная физика. – М.: Наука, 1975.

27.Тарасов Л.В. Введение в квантовую оптику: Учеб. пособие. – М.: ЛКИ, 2008.

28.Ультразвук. Маленькая энциклопедия / Глав. ред. И.П. Голямина. – М.: Советская энциклопедия, 1979.

29.Чандрасекар С. Жидкие кристаллы: Пер. с англ. / Под. ред. А.А. Веденова. – М.: Мир,1980.

30.Чео П.К. Волоконная оптика. Приборы и системы: Пер. с англ. – М.: Энергоатомиздат,

1988.

31.Шаскольская М.П. Кристаллография: Учебник для втузов. – М.: Высш. шк., 1976.

32.Шишлова А. Кружатся диски / Наука и жизнь. – 2001. – № 11.

33.Щука А.А. Наноэлектроника. – М.: Физматкнига, 2007.

34.Kasap S., Boucher Y., Ruda H. Illustrated Dictionary of Optoelectronics and Photonics. – New York: Cambridge Univ. Press, 2002.

122

Шаховой Р.А., Юзюк Ю.И.

35.Шик А.Я. Квантовые нити / Соросовский образовательный журнал. – 1997. – №5.

36.Демиховский В.Я. Квантовые ямы, нити, точки. Что это такое? / Соросовский образовательный журнал. – 1997. – №5

37.Кульбачинский В.А. Полупроводниковые квантовые точки / Соросовский образовательный журнал. – 2001. – Т. 7. – №4.

38.Белотелов В.И., Звездин А.К. Фотонные кристаллы и другие метаматериалы. – М.: Бюро Квантум, 2006. – (Библиотечка «Квант». Вып. 94).

39.Мухин И.А. Сенсорные экраны – решение проблем / BROADCASTING Телевидение и радиовещание. – 2006. – №3, с. 50-52; №4, с. 40-41; №7, с. 64-66.

40.Алферов Ж.И. Двойные нетероструктуры: концепция и применения в физике, электронике и технологии / Успехи физических наук. – 2002. – Т. 172. – №9. – (Нобелевская лекция. Стокгольм, 8 декабря 2000 г.).

41.Брандон Д., Каплан У. Микроструктура материалов. Методы исследования и контроля.

– М.: Техносфера, 2004.

42.Дудкин В.И., Пахомов Л.Н. Квантовая электроника. Приборы и их применения. – М.: Техносфера, 2006.

43.Смит Дж. Е. История изобретения приборов с зарядовой связью / Успехи физических наук. – 2010. – Т. 180. – №12. – (Нобелевская лекция. Стокгольм, 8 декабря 2009 г.).

Веб-сайты

http://nauka.relis.ru/ http://ru.wikipedia.org/ http://wiki.miem.edu.ru/ http://www.625-net.ru/ http://www.ak-cent.ru/ http://www.cd-format.ru/ http://www.physorg.com/ http://www.whatis.com/ http://www.znaikak.ru/ http://www.nanonewsnet.ru/ http://www.sunhome.ru/journal http://www.nanometer.ru

http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2009

123

На пути в эру нанотехнологий…

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие.................................................................................................................................	1
Короткое введение .......................................................................................................................	3
I. ФОТОПРИЕМНИКИ.........................................................................................................	4
Аз, Буки, Веди….............................................................................................................................	4
Познакомимся с полупроводниками ............................................................................................	5
Самый простой фотоприемник ...................................................................................................	12
Поглощение света в полупроводниках ....................................................................................	12
Фоторезистор..........................................................................................................................	16
Фотодиоды с p-n-переходом.......................................................................................................	17
Что такое p-n-переход?............................................................................................................	17
Когда уже будет что-нибудь о фотодиоде? .............................................................................	20
p-i-n-фотодиод ........................................................................................................................	23
Лавинный фотодиод................................................................................................................	23
Приборы с зарядовой связью (ПЗС).............................................................................................	25
МДП-конденсатор...................................................................................................................	25
Огоньки на гирлянде...............................................................................................................	26
II. ЛАЗЕРЫ.........................................................................................................................	29
Где лазеры берут начало…..........................................................................................................	29
Как они работают?......................................................................................................................	29
Основные понятия...................................................................................................................	29
Спонтанное и индуцированное излучение..............................................................................	31
Коэффициент усиления ...........................................................................................................	32
Накачка. Схемы накачки..........................................................................................................	33
Как создать обратную связь и что такое моды лазерного излучения? .....................................	34
Твердотельные лазеры...............................................................................................................	35
Рубиновый лазер.....................................................................................................................	35
Неодимовый лазер..................................................................................................................	37
Газовые лазеры...........................................................................................................................	38
Гелий-неоновый лазер............................................................................................................	39
Эксимерные лазеры................................................................................................................	40
Полупроводниковые лазеры.......................................................................................................	42
Люминесценция полупроводников.........................................................................................	42
Инжекционный светодиод с p-n-переходом ...........................................................................	43
Как создать усиление в полупроводнике?...............................................................................	44
124

Шаховой Р.А., Юзюк Ю.И.

Полупроводниковые инжекционные лазеры (лазеры на гомопереходе)................................	46
Полупроводниковые лазеры на гетероструктурах...................................................................	48
Одночастотные лазеры............................................................................................................	52
Лазеры с вертикальным резонатором.....................................................................................	54
Немного о квантовой механике ..................................................................................................	55
Туннельный эффект.................................................................................................................	55
Сканирующий туннельный микроскоп....................................................................................	56
Электрон в потенциальной яме...............................................................................................	58
Лазеры на квантовых структурах (нанолазеры)...........................................................................	59
Квантово-каскадный лазер......................................................................................................	59
Искусственные атомы и лазеры на квантовых точках ..............................................................	60
Одноэлектронный транзистор.................................................................................................	62
Применение лазеров..................................................................................................................	62
III. ОПТОВОЛОКОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ........................................................................	64
Новый век информации..............................................................................................................	64
Устройство волоконных световодов............................................................................................	64
Оптическое волокно................................................................................................................	64
Что такое апертура и моды оптоволокна?...............................................................................	65
Каким бывает оптоволокно? ...................................................................................................	66
Потери в волокне ....................................................................................................................	66
Дисперсия ...............................................................................................................................	67
Оптоволоконные усилители........................................................................................................	68
Изготовление оптоволокна.........................................................................................................	69
Оптоволокно в зондовой микроскопии ......................................................................................	70
IV. МОДУЛЯЦИЯ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ...........................................................	71
Модуляторы оптического излучения ..........................................................................................	71
Оптические транспаранты...........................................................................................................	71
Электрически управляемые транспаранты..............................................................................	71
Как кристалл может быть жидким?.........................................................................................	72
Как управлять жидкими кристаллами? ЖК мониторы.............................................................	74
Сенсорные экраны......................................................................................................................	77
Резистивные экраны................................................................................................................	78
Емкостные экраны...................................................................................................................	80
Электронная бумага....................................................................................................................	82

V. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ СОЗДАНИЯ ОБЪЕКТОВ МИКРО- И НАНОЭЛЕКТРОНИКИ

....................................................................................................................................................... 87 125

На пути в эру нанотехнологий…
Фотолитография. Электронно-лучевая литография.....................................................................	87
Молекулярно-лучевая эпитаксия................................................................................................	88
Импульсное лазерное напыление...............................................................................................	90
Катодное распыление.................................................................................................................	91
Получение микро- и нанокристаллов..........................................................................................	91
Локальное зондовое окисление .................................................................................................	93
VI. ФОТОННЫЕ КРИСТАЛЛЫ.........................................................................................	95
Пластинка с пузырьками.............................................................................................................	95
Типы фотонных кристаллов.........................................................................................................	96
Одномерный фотонный кристалл...............................................................................................	97
Запрещенные фотонные зоны ....................................................................................................	98
Фотонные кристаллы в природе .................................................................................................	99
Изготовление фотонных кристаллов.........................................................................................	100
Применение фотонных кристаллов...........................................................................................	101
VII. ДИСКОВЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА .........................	103
От пластинки к диску.................................................................................................................	103
Диски бывают разные...............................................................................................................	104
CD-ROM.................................................................................................................................	104
CD-R, CD-RW..........................................................................................................................	105
DVD, HD DVD, BD....................................................................................................................	107
Оптико-механическая схема дискового ОЗУ .............................................................................	110
VIII. FLASH-ПАМЯТЬ .....................................................................................................	113
Что такое flash-память?.............................................................................................................	113
Знакомьтесь – полевой транзистор...........................................................................................	113
Как он устроен?.....................................................................................................................	113
Классификация полевых транзисторов..................................................................................	114
Как сделать ячейку памяти из МДП-транзистора?.....................................................................	116
Как работает flash-память?........................................................................................................	117
Глаза «разбегаются»!................................................................................................................	118
Кто главный?.............................................................................................................................	118
Альтернативные технологии полевых транзисторов.................................................................	119
От вспышки к многоножке ........................................................................................................	120
Заключение...............................................................................................................................	121
Библиография ...................................................................................................................	122
Книжные издания..................................................................................................................	122
Веб-сайты..............................................................................................................................	123
126

Шаховой Р.А., Юзюк Ю.И.

127