Nanofotoniczne układy logiczne

Justyna Mech 1Remigiusz Kowalik 1Agnieszka Podborska 2Przemysław Kwolek 1Konrad Szacilowski 1,2

1. AGH University of Science and Technology, Faculty of Non-Ferrous Metals, Al. Mickiewicza 30, Kraków 30-059, Poland
2. Jagiellonian University, Faculty of Chemistry, Ingardena 3, Kraków 30-060, Poland

Abstract

Zapotrzebowanie w ostatnich latach na szybkie i wydajne przetwarzanie danych oraz świadomość, że obecna technologia krzemowa w niedługim czasie nie będzie w stanie sprostać rosnącym wymaganiom skłania do poszukiwania alternatywnych rozwiązań. Technologia oparta na tranzystorach krzemowych zwiększa wydajność urządzeń i szybkość przetwarzania informacji poprzez zmniejszenie rozmiarów elementów układu. Ze względu na ograniczenia wynikające z praw fizyki technologia ta wkrótce osiągnie limit, a dalsza miniaturyzacja nie będzie możliwa. Wiele zespołów badawczych podjęło działania w kierunku znalezienia nowych materiałów oraz szybszych metod przesyłania informacji. Badania i pierwsze eksperymenty dowiodły, że urządzenia nanofotoniczne, oparte o przewodniki szerokopasmowe typu siarczek kadmu (CdS) (rys.1), czy dwutlenek tytanu (TiO2) świetnie nadają się do zastosowań optoelektronicznych, tj. do przesyłania informacji przy pomocy światła.

Rys.1. Obraz z mikroskopu elektronowego cienkiej warstwy siarczku kadmu na powierzchni ITO.

Nanofotoniczne urządzenia to prostej konstrukcji fotodiody (rys.2) , które połączone w odpowiedni sposób realizują pewne zadania logiczne.

Rys.2. Schemat fotodiody w oparciu o cienką warstwę siarczku kadmu.

Ogromną zaletą nowego tupu układów logicznych jest znaczne uproszczenie konstrukcji w porównaniu z urządzeniami opartymi o tranzystory typu FET w technologii krzemowej. Do budowy bramki logicznej np. XOR w technologii krzemowej potrzeba około sześciu tranzystorów FET, z których każdy jest dość skomplikowaną strukturą złożoną z obszarów domieszkowanych n oraz p. Ten sam rezultat można osiągnąć za pomącą dwóch fotodiod na bazie CdS (rys.3). Bramka_XOR.png

Rys.3. Realizacja bramki logicznej XOR przy pomocy dwóch fotodiod na bazie siarczku kadmu.

Dzięki zastosowaniu światła do przesyłania informacji, impulsy w układach nanofotonicznych są bardzie odporne na zakłócenia zewnętrze (pole elektromagnetyczne) oraz wewnętrzne przesłuchy. Modyfikacja wspomnianych półprzewodników szerokopasmowych innymi związkami pozwala otrzymać materiały kompozytowe, w których możliwe jest precyzyjniejsze sterowanie urządzeniami przy pomocy światła, dzięki zjawisku PEPS (Photoelektrochemical Photocurrent Switching). Urządzenia nanofotoniczne stanowią alternatywę w nowoczesnych rozwiązaniach IT. Przeprowadzone dotychczas badania udowodniły, że są one w stanie zastąpić obecną technologie tranzystorów krzemowych typu FET. Bramki i urządzenia logiczne skonstruowane na bazie półprzewodników szerokopasmowych są znacznie prostsze niż ich odpowiedniki krzemowe, a co za tym idzie bardziej energooszczędne i szybsze. Co prawda nie opracowano jeszcze technologii wytwarzania takich struktur w nanoskali, jednak kolejnym krokiem jest zmniejszenie rozmiarów fotodod i udoskonalenie sposobu ich integracji. Stąd potrzeba współpracy z firmami wspierającymi badania nad nowymi technologiami informatycznymi, które zechciałyby finansować dalsze badania. Działanie nanofotonicznych bramek logicznych zostało już udowodnione na poziomie naukowym jednak ich aplikacja wymaga jeszcze sporych nakładów badawczych i finansowych. Planowana jest współpraca z innymi ośrodkami, gdyż dopiero połączenie  nanofotonicznych struktur z innymi systemami jak układy molekularne, czy kwantowe pozwoli stworzyć platformę, która w pełni zaspokoi potrzeby dynamicznie rozwijającego się rynku IT i zastąpi obecną technologię.

Legal notice
  • Legal notice:

    Copyrighted materials, (c) Pielaszek Research, all rights reserved.
    The above materials, including auxiliary resources, are subject to Publisher's copyright and the Author(s) intellectual rights. Without limiting Author(s) rights under respective Copyright Transfer Agreement, no part of the above documents may be reproduced, stored in or introduced into a retrieval or caching system, or transmitted in any form or by any means (electronic, mechanical, photocopying, recording or otherwise), or for any purpose, without the express written permission of Pielaszek Research, the Publisher. Express permission from the Author(s) is required to use the above materials for academic purposes, such as lectures or scientific presentations.
    In every case, proper references including Author(s) name(s) and URL of this webpage: http://science24.com/paper/23228 must be provided.

 

Related papers
  1. Surface-modified TiO2 in optoelectronics
  2. Modification of electrodeposited cobalt alloys for hydrogen evolution by superimposed external magnetic field
  3. Amorphous Co-Mo cathodes for hydrogen evolution
  4. Unusual photoelectrochemical behaviour of surface-modified nanocrystalline semiconductors
  5. Molecular Logic Gates

Presentation: Oral at Nanotechnologia PL, by Justyna Mech
See On-line Journal of Nanotechnologia PL

Submitted: 2010-05-15 02:46
Revised:   2010-07-17 02:04
Google
 
Web science24.com
© 1998-2021 pielaszek research, all rights reserved Powered by the Conference Engine