【正文】 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理系微電子專業(yè) 2022/6/1 Theory of Semiconductor Devices 57 Quantum puter device 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理系微電子專業(yè) 2022/6/1 Theory of Semiconductor Devices 58 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理系微電子專業(yè) 2022/6/1 Theory of Semiconductor Devices 59 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理系微電子專業(yè) 2022/6/1 Theory of Semiconductor Devices 60 考試安排： ? 7月 4日 下午 2： 30－ 4： 30 開(kāi)卷 ? 小論文考試前交： 上載到 格式：學(xué)號(hào)＋論文題目 如有疑問(wèn)： to: Tel： 3601070， 13965010623 。 Argonne國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的 Paul Benioff最早使用量子力學(xué)來(lái)描述可逆計(jì)算機(jī)。 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理系微電子專業(yè) 2022/6/1 Theory of Semiconductor Devices 56 量子計(jì)算機(jī) ? 計(jì)算機(jī)的能耗對(duì)芯片的影響越來(lái)越大，能耗制約著芯片集成度 ? 但只要把所有的不可逆門操作改造為可逆操作，就可以實(shí)現(xiàn)無(wú)能耗的計(jì)算 ? 可以證明：所有經(jīng)典不可逆計(jì)算機(jī)都可以改造成可逆計(jì)算機(jī)，而不影響計(jì)算能力。 在納米體系中，由于能級(jí)分立和勢(shì)壘分割，當(dāng)有電流流通時(shí)，在一定的條件下會(huì)產(chǎn)生電流中斷現(xiàn)象 如果每次隧穿的是單個(gè)電子，庫(kù)侖阻塞的閾值電壓是 e/2C。從不帶電狀態(tài)變?yōu)閹д?fù)電荷狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)能量增加。 2。 量子器件 單電荷隧穿 SET 基本條件： 1。例如，調(diào)制頻率為 2GHz時(shí)，硅的最佳耗盡層寬度約為 25mm（飽和速度為 107cm/s）。耗盡層又不能太薄，否則電容 C過(guò)大，使時(shí)間常數(shù) RC變得很大，這里 R是負(fù)載電阻。當(dāng)耗盡層足夠?qū)挄r(shí)，光被吸收的量將最大。在耗盡層外邊產(chǎn)生的載流子必須擴(kuò)散到 pn結(jié)，這將引起可觀的時(shí)間延遲。對(duì)于更長(zhǎng)的波長(zhǎng)，為了獲得高的量子效率，光電二極管需進(jìn)行冷卻（例如冷卻到 77K）。光響應(yīng)也有短波限，這是因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)很短時(shí)，?值很大（ ?105cm1），大部分輻射在表面附近被吸收，而表面的復(fù)合時(shí)間又很短，因此光生載流子在被 pn結(jié)收集之前就已經(jīng)被復(fù)合掉了。長(zhǎng)波限 ?C由禁帶寬度 [式（ 625） ]決定，例如對(duì)于鍺是 ，對(duì)于硅為。決定 ?的關(guān)鍵因素之一是吸收系數(shù) ?（圖 ）。在高頻工作時(shí)，耗盡區(qū)必須很薄以減小渡越時(shí)間；但另一方面，為了增加量子效率，耗盡層又必須足夠厚，以便能吸收大部分入射光，因此，應(yīng)該兼顧響應(yīng)速度和量子效率。 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理系微電子專業(yè) 2022/6/1 Theory of Semiconductor Devices 49 光電二極管 ? 光電二極管基本上是一個(gè)工作在反向偏置下的 pn結(jié)。對(duì)于這些應(yīng)用，光電探測(cè)器在工作的波長(zhǎng)范圍內(nèi)必須具有高靈敏度、高的響應(yīng)速度及低噪聲。光電探測(cè)器的工作過(guò)程包括下面三個(gè)步驟 ：： 1）入射光產(chǎn)生載流子；2）載流子輸運(yùn)和（或）被某種可能存在的電流增益機(jī)構(gòu)倍增； 3）電流和外電路相互作用，提供輸出信號(hào)。雖然 ?Si太陽(yáng)能電池的效率（ ?10%）比單晶硅太陽(yáng)能電池的效率低，但是它的造價(jià)卻低得多，因此， ?Si太陽(yáng)能電池是大規(guī)模利用太陽(yáng)能的主要器件之一。由于太陽(yáng)能電池能以高轉(zhuǎn)換效率直接將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)變成電力，以相當(dāng)?shù)土膬r(jià)格提供幾乎永久性的動(dòng)力，而且實(shí)際上不造成任何污染，因此它也是地球上新型能源的重要候選者。 結(jié)型激光器結(jié)構(gòu) 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理系微電子專業(yè) 2022/6/1 Theory of Semiconductor Devices 44 Single heterojunction laser 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理系微電子專業(yè) 2022/6/1 Theory of Semiconductor Devices 45 太陽(yáng)能電池 ? 太陽(yáng)能電池對(duì)于空間和地面應(yīng)用都是很有用的。 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理系微電子專業(yè) 2022/6/1 Theory of Semiconductor Devices 43 ? 結(jié)型激光器中，垂直于結(jié)面的兩個(gè)嚴(yán)格平行的拋光解理面和另一對(duì)與之垂直的平行粗糙面構(gòu)成了所謂法布里 帕羅腔。滿足一定的閾值條件 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理系微電子專業(yè) 2022/6/1 Theory of Semiconductor Devices 42 ? 結(jié)型激光器中，垂直于結(jié)面的兩個(gè)嚴(yán)格平行的拋光解理面和另一對(duì)與之垂直的平行粗糙面構(gòu)成了所謂法布里 帕羅腔。粒子數(shù)反轉(zhuǎn) 2。 GaInAsP系列的激光器可以從長(zhǎng)波長(zhǎng)工作。但從晶體內(nèi)實(shí)際能逸出的光子卻非常少。 微波開(kāi)關(guān)、移相器、衰減器 隧道二極管 GaAs GaSb 隧道穿透，負(fù)微分電阻 本機(jī)振蕩器 鎖頻電路 IMPATT二極管 Si GaAs 雪崩和渡越時(shí)間效應(yīng)產(chǎn)生大功率 微波振蕩 BARITT二極管 Si 勢(shì)壘注入和渡越時(shí)間效應(yīng) 本機(jī)振蕩 多普勒檢波器 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理系微電子專業(yè) 2022/6/1 Theory of Semiconductor Devices 37 TED GaAs InP 不同能谷間電子轉(zhuǎn)移效應(yīng)所導(dǎo)致的負(fù)阻特性 微波振蕩 放大 肖特基二極管 Si GaAs 金屬半導(dǎo)體接觸的整流效應(yīng)及非線性電阻特性 混頻檢波 微波雙極晶體管 Si 由電流控制的對(duì)輸入信號(hào)的放大作用，電子和空穴參與輸運(yùn)過(guò)程 低噪聲放大 功率放大 微波振蕩 微波異質(zhì)結(jié)雙極晶體管 AlxGa1xAs/ GaAs InP/InGaAsP Si/SiGe 同上 同上 微波 GaAs MESFET GaAs 由電壓控制的對(duì)輸入信號(hào)的放大作用，多數(shù)載流子輸運(yùn) 同上 高電子遷移率晶體管（ HEMT） AlxGa1xAs/ GaAs 通過(guò)由電壓控制的高遷移