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光晶体管
阅读:3483时间:2011-05-11 20:23:15

  光晶体管(phototransistor),由双极型晶体管或场效应晶体管等三端器件构成的光电器件,它所用材料通常是砷化镓(CaAs)。光在这类器件的有源区内被吸收,产生光生载流子,通过内部电放大机构,产生光电流增益。光晶体管三端工作,故容易实现电控或电同步。

种类及其特点

  光晶体管主要分为双极型光晶体管、场效应光晶体管及其相关器件。

  1、极型光晶体管通常增益很高,但速度不太快,对于GaAs-GaAlAs,放大系数可大于1000,响应时间大于纳秒,常用于光探测器,也可用于光放大。

  2、效应光晶体管响应速度快(约为50皮秒),但缺点是光敏面积小,增益小(放大系数可大于10),常用作极高速光探测器。

  3、此相关还有许多其他平面型光电器件,其特点均是速度快(响应时间几十皮秒)、适于集成。这类器件可望在光电集成中得到应用。

最小

  自从1960年个激光器问世以来,科学家和工程师一直梦想着用光子取代电子来制作“电路”,在这里,玻璃纤维或波导将扮演电缆或线路的角色,用来传导光,而光开关、晶体管和二极管也将被用到,光子集成电路相比传统的电子集成电路具有很多明显优势,包括信号屏蔽性,速度更快,散热更是少,带宽更大,更低串扰等。

  遗憾的是,到目前为止,光子集成电路依然离桌面计算机和其他日常应用相差甚远,主要原因是这些电路需要在纳米级(Nanoscopic,1~100nm )的空间内控制光子,要做到这一点非常困难。另外,将光束有效混合(将一个光束能量转移到其他光束上)也需要macrosized的晶体。

  尽管如此,光子集成电路研发的脚步并没有停止,最近纳米光学研究突飞猛进,让人们看到新的希望。来自瑞士联邦理工学院(Swiss Federal Institute of Technology,ETH Zurich)的研究人员最近宣布,已利用单分子(molecule)开发出一种光学晶体管。

  最小光晶体管原理:

  透过将激光束集中在单分子上,ETH Zurich的科学家只用单个分子就产生激光运作的基本条件──受激发射(stimulated emission)。由于在低温下,分子会增加它们的外表面积(apparent surface area)来跟光线互动,因此研究人员将分子冷却到摄氏零下272度,也就是只比零度高1度。

  两条光束瞄准单分子在受控制的模式下,利用一道激光束来让单个分子进入量子态(controlled fashion),研究人员如此能明显的缩减或是放大第二道激光束。这种运作模式与传统的晶体管如出一辙;晶体管内的电位(electrical potential)能用来调变第二个信号。不过ETH Zurich并未透露其单分子的化学方程式。

  由于其性能与散热效能的优势,光子运算技术是科学家们长期追求的目标;光子(photon)不仅发热比电子少,也能达到高出相当多的数据传输速率。不过光通讯技术却只能逐步地从长距离通讯,进展到短距离通讯,再进入单系统中。

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