Диссертация (1090147), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Главное, что геометрические размерыэлементной базы в несколько нанометров можно получить, совершенствуянанотехнологии, используя в том числе ядерные технологии.АнализэффективностиВОСПзапоследнеедесятилетиесвидетельствует об устойчивом росте пропускной способности. Чтобыдостичьтребуетсяпропускной способности, измеряемойорганизацияновыхпроизводствв петабит в секунду,дляизготовленияоптоэлектронных устройств и волноводов нового поколения.Таблица 1.1.Зависимость пропускной способности ВОСПот размеров элементной базы электроникиВременной Исходноеотрезокзначение вГбит/с(годы)1978-19801980-19831983-19851985-19921992-20002000-20150,11712901000Достигнутое Параметр уу Прогноз взначение вформулыГбит/сГбит/с(1)вгодах10,571,1370,8710,93122,312,68902,490,610002,31002,82,391773,14Технологическийразмер, мкм10010510,4менее 0,0129Таким образом, общей тенденцией развития оптических технологий внастоящее время является создание широкополосных каналов связи.Отмеченные выше тенденции в развитии ВОСП и рынка связевых услугтребуют дальнейшего повышения быстродействия в устройствах обработки ипередачи информации.Повышение скорости передачи информации и пропускной способностиВОСП – это взаимосвязанные задачи, которые можно решить с помощьюсовершенствования информационных и нанотехнологий.
Как уже отмечалосьвыше,подинформационнымитехнологиямивширокомсмыслеподразумеваются различные технологии обмена информацией, обработки,передачи сигналов. Более предметным определением нанотехнологииявляется следующее: «совокупность методов и средств, обеспечивающихсозданиеструктур,состоящихизотдельныхатомов,молекулимакромолекулярных блоков с типичными размерами от единиц до сотеннанометров, а также материалов и функциональных систем на их основе »[11]. Для цифровых ВОСП пропускную способность C оптического волокнаможно определить как произведение ширины полосы частот ∆F «окнапрозрачности» ОВ и количества бит информации, приходящегося на одинэлементарный импульс. При этом максимальное число бит для двоичногокодирования равно единице.
Скорость передачи υ численно равна ширинеполосы частот F , необходимой для организации оптического канала связи(величине, обратной длительности элементарного импульса τ ). Отсюда,пропускная способность C оптического волокна на базе современных ВОСПесть произведение трех величин: скорости передачи сигналов одногооптического канала υ , количества каналов N = ∆F / F , организованных в«окне прозрачности» волокна шириной ∆F , и числа бит информации D ,приходящегося на один элементарный импульс (рис.1.4).30Рисунок 1.4. Пути повышения пропускной способности ВОСПУвеличение скорости υ , числа волновых каналов N и динамическогодиапазонаDприводит к повышению пропускной способностиC.Существуют три варианта увеличения пропускной способности и скоростипередачи информации. Первый - это увеличение скорости передачи сигналов(расширение возможностей оптоэлектронных устройств), второй – развитиетехнологий волнового уплотнения (освоение частотного ресурса оптическоговолокна), третий - повышение числа бит информации, приходящегося наодин импульс.
В первом случае главную роль играют геометрическиеразмеры и качество материала элементной базы ВОСП, а также технологиипроизводства. Во втором случае – совершенство оптического волокна, втретьем случае - развитие информационных технологий (сжатия сигналов,многопозиционного кодирования, совершенствования форматов оптическоймодуляции, уменьшения шумов квантования и т.д.).Следует отметить, что увеличение скорости υ и числа каналов NВОСП за счет нанотехнологий происходит в виде линейной функции.Повышение числа бит информации, переносимой единичным импульсом засчет информационных технологий, согласно формуле Шеннона описываетсялогарифмическойфункцией.Приодинаковыхзначенияхаргументов31скорость роста линейной зависимости больше, чем логарифмическойфункции.
Следовательно, степень влияния нанотехнологий на пропускнуюспособность оптического волокна на базе ВОСП значительно выше, чеминформационныхтехнологий.Поэтомуэффективностьразвитиянанотехнологий имеет исключительное значение для совершенствованиятелекоммуникационных устройств. Следует отметить, что приведенноесравнение не учитывает взаимного влияния друг на друга информационных инанотехнологий. Так, определенными стимулами в развитии нанотехнологийявляются потребности в реализации научных идей, возникающих в рамкахинформационных технологий. В то же время, возможности нанотехнологийпо совершенствованию полупроводниковых лазеров ифотодетекторовпозволяют информационным технологиям предлагать новые форматыоптической модуляции. Кроме того, существуютинформационныетехнологии, например, волнового уплотнения, которые направлены нарациональное использование ресурсов оптического волокна ( ∆ F ), чтоповышает экономическую эффективность вложений в нанотехнологии.Таким образом, в настоящее время наиболее перспективным способомповышения пропускной способности и скорости передачи информации спомощьюволоконно-оптическойсвязиявляетсясовершенствованиеустройств электроники и оптоэлектроники с помощью нанотехнологий иорганизации новых производственных процессов для их изготовления .1.4 Значение нанотехнологий в повышении технического уровня икачества оптоэлектронных устройствРешающая роль нанотехнологий в повышении скорости передачиинформации и пропускной способности ВОСП объясняется тем, что онипозволяют увеличить быстродействие оптоэлектронных приборов.
Этопроисходит за счет уменьшения размеров элементной базы и улучшениякачественных характеристик технологий изготовления.32Возможностинанотехнологийзависятотметодовисредств,обеспечивающих создание наноструктур [1,12,13]. Во многих источникахуказывается, что существуют два принципа формирования наноструктур:«сверху-вниз» и «снизу-вверх». В первом случае предполагается созданиеразличных низкоразмерных структур или наноструктур с требуемымиразмерами и формой путем избирательного удаления материала, заранеенанесенного на подложку (различные литографические методы).
Во второмслучаеформированиетакихнаноструктуросуществляетсяпутемселективного осаждения атомов и молекул на заданные участки поверхностиподложки (различные методы эпитаксии). Здесь необходимо отметить третийвозможныйспособформированиянаноструктурнаосновеметоданейтронного трансмутационного легирования (НТЛ), который позволяетмоделировать нужную конфигурацию пространственного ограничениявнутри материалаиз собственных изотопов исходного вещества [14-16].Различные способы эпитаксии (молекулярно-лучевой, газовой на основеметаллоорганических соединений) могут обеспечить высокую точностьизготовления геометрических размеров наноструктур, но затратны ималопроизводительны [11,13,14].
Более перспективны с точки зрениямассового производства являются литографические методы, например, наоснове сверхжесткого ультрафиолетового излучения. В этих методахосновнымфактором,ограничивающимкачествоизготовления(разрешающую способность), являются дифракционные эффекты. При этомминимальный размер изготавливаемой наноструктуры определяется длинойволны используемого излучения. Так, последние достижения в областилитографии позволяют достичь величины разрешающей способностипорядка 10 нм [11,17-20]. Следовательно, для изготовления структур менее10 нм потребуются другие решения.
Так, используя аналогичные схемыоблучения, но источники облучения с длиной волны менее 10 нм можносоздавать наноструктуры меньших размеров. Такими источниками являютсятепловыенейтроны,широкоприменяемыедляизготовления33микроэлектроники методом НТЛ. Основными достоинствами этого методаявляются: 1) точность легирования, контролируемая временем облученияпотоком нейтронов, 2) высокая однородность распределения получаемыхизотопов в облучаемом веществе, достигаемая за счет равномерностинейтронного потока, 3) высокая экономическая эффективность (в США иЕвропе этим методом получают сотни тонн легированного кремния в год набазе исследовательских ядерных реакторов [2]).
В основе метода НТЛ лежитреакция поглощения нейтронов ядрами вещества и переход одного изотопа вболее тяжелый изотоп с возможным последующим превращением в другойхимический элемент (например, нестабильный изотоп кремния Si 31 , которыйраспадается на фосфор и β излучение).Таким образом, на основенейтронной технологии можно получать разные изотопические слоиопределенной конфигурации, обеспечивая пространственное ограничение засчет разницы значений запрещенных зон стабильных изотопов исходногохимическогоэлемента.Такойметодприменяетсяприсозданиимногослойных структур и p − i − n сверхрешеток, например, из изотоповгермания ( Ge 70 , Ge 72 , Ge 74 ).
Он получил название изотопной инженерии [2123]. Преимущества этого метода изготовления сверхрешеток заключаются втом, что в нем разделены процессы роста слоев и их легирование. При этомслои выращиваются без примесей и имеют совершенную структуру,поскольку изотопы германия являются идентичными в химическомотношении. Это приводит к повышению качества наноструктур, устраняетэффект размытия границ «гетероперехода» и уменьшает число дефектов засчет отсутствия химических примесей.Использование этого метода для создания изотопических наноструктур(ИНС) с различной конфигурацией и размерами путем искусственногоизменения изотопического состава [12,22-24], позволяет назвать его методомизотопической наноинженерии.Применительноккремнию,германиювозможноститакойнаноинженерии ограничены из-за малой разницы в ширине запрещенных зон34собственных изотопов (десятые доли mэВ ).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
