Введение к работе
Актуальность темы. В последнее время ведутся интенсивные работы ю созданию новых оптоэлектронных бистабильных элементов хранения и ібработки оптической информации 1-43. Такие элементы имеют два >птических состояния при одном и том же уровне электрического юздействия на образец и характеризуются следующими основными іараметрами:
-Функциональной полнотой Сэлементы должны выполнять логические функции И, ИЛИ, НЕ, Функции памяти и усиления};
-электрической мощностью рассеяния в элементе;
-временем переключения из одного устойчивого состояния - в другое;
-энергией оптического излучения, необходимой для переключения элемента;
-световым контрастом Сотношением уровней оптических состояний элемента до и после переключения}.
Из множества разработанных к настоящему времени оптоэлектронных лементов, основанных на различных физических зе=Фектах, на'і'олее ерспективные, по-видимому, следующие:
- полупроводниковые <п/п> структуры с квантовыми ямами, райотаюдие іа основе наведенного электрооптического эффекта CSESD - Self lectro-optical Effect Device> 13. Эти элементы переключаются
штическим излучением с поверхностной плотностью энергии, равной
х10 Дж/мкм Сдалее будем называть эту величину плотностью
нергии>, время переключения - порядка 10 не;
п/п структуры на двойном гетеропереходе CDOES - Double eterostructure Optoeletronic Switch) 23, которые переключаются
4 оптическим излучением с плотностью энергии, равной 10~ ДЖ/Т«М , время переключения 2-3 не;
- р-п-р-п AlGaAs/GaAs структуры переключаются оптической энергией плотностью в Ю~ йж/мхьг, времена переключения - около 10 НС [3].
Удельная электрическая мощность рассеивания в приведенных выше
—7 ~6 3 элементах, равна (10 - 10 > Вт/мкм .
Эти элементы имеют довольно высокие энергетические параметры у быстродействие, однако не свободны от недостатков. Например, SEEE имеют малый световой контраст < 3.-1), a DOES и р-п-р-п - эначительнух электрическую мощность рассеяния, что ограничивает плотность размеоения элементов на подложке и уменьшает количество каналов параллельной обработки оптической информации, а значит, v производительность системы обработки данных.
В настоящее время в ИРЭ РАН разрабатывается новый класс оптоэлектронных элементов, основанных на явлении низкотемпературного примесного пробоя <НПП> в п/п. Как показывают исследования, эту
—1Н 2
элементы имеют рекордные энергетические СЮ Дж/мхм > и мощноеТНЫЕ
—9 3
характеристики СЮ Вт/Хкм 5, уступая в быстродействии лишь
элементам на джозеФсоновских переходах" 13-7] Скоторые слабе чувствительностельны к светуХ Элементы с НПП, кроме того, имеют световой контраст, равный 20:1 и высокотехнологичны из-за свое; простоты
Сейчас ведутся работы по созданию гибридного элемента, сочетающегс в себе сверхпроводниковые элементы на джозеФсоновских переходах и ПУТ структуры t8J.
Таким образом, актуальность исследования элементов, обладавши} НПП, определяется их рекордно высокими энергетическими и мощностными характеристиками по сравнению с существующими оптоэлектронным!
5 ^центами, а также перспективами создания гибридных криогенных схем сочетании с элементами на джозезсоновских переходах.
Цель работы. Цель настоящей диссертации - автоматизация
'щлексных низкотемпературных гальваномагнитных и электрооптических следовании оптоэлектронных бистабильных элементов в условиях НПП, зволяющая реализовать их рекордные энергетические и мовдностные ра метры.
Научная новизна и значимость результатов работы
1. Предложен и экспериментально реализован новый автоматический
особ записи оптической: ин4ормации на носитель, обладающий НПП. Этот
особ позволяет зарегистрировать р&кордно низкую (для п/п
тоэлектронных элементов) плотность энергии оптического излучения,
обходимую для переключения элемента, равную 10 дж/мкм . При этом
стигнута рекордно низкая удельная электрическая мощность
—10 3
ссеивания в элементе, равная 0,65x10 Вт/мкм .
2.Разработана методика комплексных автоматизированных зкотемлературных гальваномагнитных и электрооптических исследовании п материалов.
Практическая ценность результатов работы:
1. Разработаны и изготовлены автоматизированные стенды зкотемлературных гальваномагнитных и электрооптических исследований п материалов в диапазоне температур С1,7 - ЗООЖ, магнитных полей э 0,9Т>, электрических полей С1-5000> В/м и мощностей оптического лучения <10 - 10 >Вт.
2.Разработана и экспериментально реализована автоматическая стема на основе нового способа записи оптической информации на п/п ситель, обладающий НПП.
З.Для образцов n-GaAs а условиях НПП сняты зависимости
подвижности, концентрации и дрейфовой скорости носителей, а такж вольт-амперные характеристики СВАХХ
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на:
-5-й Всесоюзной конференции "Бессеребрянные и необычные
Фотографические процессы", г.Суздаль, 1988г; -14-й Всесоюзной научно-технической конференции по оптоэлектронике,
г.Москва, 1989г; -1-И Всесоюзной конференции по Физическим основам твердотельної
электроники, г.Ленинград, 1989т; -11-й Всесоюзной конференции по оптической обработке информации
г.фрунзе, 1990г; -Всесоюзном семинаре по оптической бистаеильности, г.Минск, 1990г -International Congress on Physical Concepts of Materials for Novel
Optoelectronic Device Applications, Aachen, FRG, 19QO; -International Congress of Optical Science & Engineering, Hague, Netherlands, 1991.
Публикации. Материалы, включенные в диссертацию, отражены в 11—п печатных работах.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четыре> глав, заключения, списка цитируемой литературы и приложения. Общи^ объем диссертации - 149 страниц. В их числе: 131 страница основногс текста <54 рисунка и 2 таблицы), 18 страниц приложения. Список литературы включает 60 наименований. Положения, выносимые на зааиту
1.Разработаны и изготовлены автоматизированные стенды для низкотемпературных гальваномагнитных и электооптических измерений позволяющие проводить комплексные исследования п/п материалов nrv оптической накачке.
7 2.Предложен и экспериментально реализован новый способ втоматическоп записи оптической информации на пленку n-GaAs, овышающий на несколько порядков чувствительность к оптическому ізлучению и снижающий электрическую мощность рассеивания по сравнению имеющимися в настоящее время оптоэлектронными элементами, позволяя егистрировать рекордно низкие плотности энергии оптического
ізлучения, необходимые для переключения элемента, равные
—18 2
О Дж/мкм , при рекордно низком уровне удельной электрической
еоиности рассеивания элементом в высокопроводящем состоянии, равном
— 10 3
,65x10 Вт/мкм.
