Лебедев Д. В., Соломонов Н. А., Мухин И. С. Наноразмерные источники света на основе неупругого туннелирования электронов: теория и экспериментальные методы: учебное пособие.

Рецензенты:
Гасумянц В. Э., д.ф.-м.н., профессор, профессор Высшей инженерно-физической школы СПбПУ
Голубок А. О., д.ф.-м.н., профессор, заведующий лабораторией Сканирующей зондовой микроскопии и спектроскопии ИАП РАН

В последние годы развитие вычислительных систем характеризуется ростом требований к их производительности, пропускной способности и энергоэффективности. При этом традиционные подходы, основанные на увеличении числа вычислительных ядер и плотности размещения элементов на кристалле, приближаются к своему пределу, в том числе из-за роста тепловыделения и энергопотребления. Это накладывает ряд ограничений, в том числе фундаментальных, на масштабирование традиционных электронных архитектур. Так, на нанометровых масштабах передача сигналов с использованием электронов в металлических межсоединениях характеризуется джоулевыми потерями, паразитными ёмкостями и электромагнитными наводками, что ограничивает рабочие частоты и увеличивает временные задержки.
Одним из перспективных подходов к увеличению пропускной способности вычислительных систем является переход к гибридным оптоэлектронным и фотонным схемам, в которых передача данных осуществляется в том числе с использованием оптических сигналов. Оптические линии связи, в том числе в интегральном исполнении, уже сегодня находят свое применение в коммутации различных вычислительных блоков и обеспечивают высокую скорость передачи данных, низкие потери и высокую помехоустойчивость.
На современном этапе развития требуется создание эффективной и компактной элементной базы интегральной фотоники, включая источники оптического излучения, совместимые с наноэлектронными компонентами и сопоставимые с ними по геометрическим размерам. Это обуславливает необходимость в разработке сверхкомпактных электроуправляемых источников оптического излучения и их интеграции на чипе. Большинство применяемых сегодня источников света имеют размеры, значительно превышающие длину волны излучения, что препятствует их плотной интеграции и масштабированию. Это приводит к фундаментальному противоречию между нанометровыми размерами электронных элементов и микронными размерами фотонных источников, используемых в современных системах.
В данном пособии рассмотрены основные современные концепции электроуправляемых наноразмерных источников как когерентного, так и некогерентного излучения с акцентом на наиболее перспективные направления, обладающие потенциалом интеграции в архитектуры фотонных интегральных схем следующих поколений. Основной упор сделан на наноразмерных источниках излучения видимого и инфракрасного диапазонов, работающих на основе явления рождения фотонов при неупругом туннелировании электронов. Рассматриваются различные системы материалов и архитектуры, а также подходы к увеличению эффективности данных источников света.
Представленное пособие является методическим материалом, предназначенным бакалаврам старших курсов и магистрам, проходящим обучение по таким направлениям и профилям, как: «Физика и техника полупроводников», «Физическая электроника», «Физические принципы аналитического приборостроения», «Физика нанотехнологий и наноразмерных структур», «Радиофизика и электроника», «Физическая оптика и квантовая электроника» и др.

ISBN 978-5-91155-533-7