Современная электроника №2/2022

КОМПЕТЕНТНОЕ МНЕНИЕ 68 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2022 ние запрещённые зоны за счёт сверхсла- бодисперсной биузловой кремниевой подрешётки с энергией ионизации/ активации , где N С иN V – плотность состояний в зоне проводимости и валентной зоне, а N Si – концентрация амфотерных центров; А – расчётный коэффициент, зависящий от дисперсии , энергииПойнтинга и концентрации амфотерных центров. При этом нарушается постулат зонной теории – закон действующихмасс , поскольку учитывается плотность акти- вированных энергоцентров в случае энерговоздействия, и, в конечном счёте, однополярное уравнение непрерывно- сти в p - i - n переходе переходит в разряд биполярного, где в i -зоне нет понятия «неосновные» носители. Зонная диаграмма и квазиуровни Ферми кремниевых квантовоямных центров выглядит следующим обра- зом (рис. 1). Энергия ионизации водородоподоб- ных центров (с условным названием «статические экситоны») колеблется в пределах 0,7…0,2 эВ от краёв зон. А энергия ионизации данных цен- тров отличается от энергии иониза- ции по водороду (1) в полупроводни- ках на порядок и более. С ростом энерговоздействия (тем- пература + поле) зонная диаграмма, с учётом эффектов полевого туннелиро- вания по Штарку и Францу-Келдышу, имеет вид, показанный на рис. 2. Следовательно, с учётом того, что, допустим, при N Si A – N Si D = 0 и N Si A = N Si D ~ 2 × 10 15 cм –3 , в решетке GaAs мы имеем приблизительно два ато- ма (водородоподобных) кремния на 10 миллионов атомов в решётке GaAs. Следовательно, если мы уменьшим нанообъём в 1,0 см 3 (это ≈ 10 21 наноку- биков) в 10млнраз, томыбудемиметь в уменьшенномкубике (приконцентрации чуть больше 10 15 см –3 атомов кремния) приблизительнодва атома кремния, кото- рые занимают глубокие симметричные водородоподобные центры (F nSi = F pSi ). При полевом воздействии мы можем активировать данные центры иполучить безынжекционный (без протекания тока, как это происходит вЛД) лазер . Это и есть фундамент создания 2-фотонной логики и памяти в новых типах процессоров. Допустим, что мы имеем50млрдячеек, тогдамыиспользуем на них 100 млрд фотонов, т.е. 10 11 фото- нов. Сопоставимс количествомфотонов, излучаемых в ЛД ( ≈ 8 × 10 16 ÷ 2 × 10 17 фото- нов), очевидно, что энергопотребление 2-фотонного процессора будет прибли- зительно в миллион раз меньше, чем фотонного процессора, проектируемо- го с допустимой вероятностью в науч- ных центрах РФ (ФГУП «РФЯЦ – ВНИИ- ЭФ», г. Саров, Нижегородскаяобласть, или ряде институтов РАН, ВУЗов РФ). 2-фотонный LPE i- Si GaAs Si безынжек- ционный квантовый генератор – это экстремальный случай. Возможно и 100, и 1000 фотонов с генератора. Это исключительно важно, поскольку такойфотонныйпроцессорбудетиметь гораздобо ′ льшуюустойчивость, чем, допу- стим, «криогенный» громоздкийкванто- вый спин-мультикубитный процессор), таккак в условияхприсутствия внешнего ЭМИ(например, магнитоэнергетической буринаСолнце, искусственногоподобия Курскойаномалииилиядерноговзрыва) можноожидать катастрофическогосбоя работы такого процессора. Далее, применяя фазовый сдвиг «2-порционных фотонов», можно делать те же операции, что и в «суб- пиксельной» китайской интерферен- ции, показанной в работе [9]. При этом мы делаем одно допущение: допустим, для фотона с арсенид-галлие- вой длиной ИК-волны (0,81…0,75 мкм) в твёрдом теле вполне реальны латентные «волновые», точнее, корпускулярныекана- лывмежатомномтвёрдомвакууме, кото- рыйврешёткеGaAs достигаетповеличине ≈ 34%объёма, иприэтомфотонные (кор- пускулярные) каналыимеют сторону сече- нияканаламеньше, чемрадиусатомовGa или As ( ≈ 1,25 Å ), что связано с поляриза- ционнойособенностьюатомовGaилиAl (например, всапфиреиличистомкорун- де), когдавследствиеполяризацииатомов GaилиAl (схожихсLi - атомнойполяриза- цией)формаатомовGaврешётке тогоже диэлектрика i- Si GaAs Si принимает форму ближекэллипсуипоявляются «разрешён- ные» энергетические зоны для пролёта фотонаврешеткеGaAs. Этонеобходимое и, впринципе, обоснованноефизическое трактование (учтём, чтоквантовыйдиод- ный генераторЖ.И. Алфёрова на гетеро- структурахAlGaAs/GaAs выстраиваетсяна рекомбинационных прямоходных явле- нияхизлучениякогерентнойволнывтон- кихпереходныхp-n-областяхсшириной < 0,1мкм (100нм). Добавим, что, принимая во внима- ние оптические структуры AlN/GaN, разработанные д.ф.-м.н. профессо- ром С.А. Кукушкиным (диэлектрик AlN с ρ ≥ 10 12 Ом × см) на поляризацион- ных свойствах AlN (атома Al), мы также с исключительно высокой теоретиче- ской и технологической вероятностью, близкой к единице, сможем создать более коротковолновые 2-фотонные процессоры [10]. Здесь также нет тех- нологических препятствий. Другими словами, перед «Росатомом» могут быть открыты исключительные возможностипосозданиюэкзафлопсных фотонных компьютеров с мощностями потреблениянеболеечему современных «кулоновских» планшетов или ноутбу- ков взаменогромных серверныхблоков с энергопотреблениемвнесколькомега- ватт (в качестве примера можно приве- стисуперкомпьютер «Ломоносов» вМГУ). Простейшие примеры 2-фотонных генераторов, цифровых и логических ячеек на основе LPE i- Si GaAs Si -кристалла В этом разделе на рисунках 3–5 при- ведены примеры реализации базовых элементов, на которых будут строить- ся фотонные вычислители. Физика фононных (релятивистских) ОЗУ (RAM) Что такое конденсатор? Как прави- ло, в учебниках физики изображается диэлектрик с металлическими обклад- ками и силовыми линями поля поля- ризации между обкладками с накопив- шимся ± зарядом на обкладках. И всё? В реальности основное применение конденсатора – в качестве реактивно- го сопротивления в ВЧ или СВЧ при- боростроении . Значение ёмко- сти всем известно со школьной скамьи. Совершенно очевидно, что накоплен- ная энергия в кристалле зависит от накопленного заряда в ёмко- сти: Q ( q ) = CU . И совершенно очевидно, что C = f ( ε ) и, следовательно, Q = f ( ε ), следователь- но, накопленная в кристалле энергия зависит от частотыприложенного поля (рис. 6) и ε . Данная энергия описана в 4 уравненияхМаксвелла, это атомно-вол- новая энергия, которая в каждой точке кристалла, допустим, в пределах колеба- нийфонона (узла решётки) имеет вид [4]: . Или при частотно-полевом воздей- ствии дисперсия квантово-точечной энергии имеет вид: (2) (1) (3)