I dag, elektriska bistabila enheter är grunden för digital elektronik, fungerar som byggstenar för switchar, logiska grindar och minnen i datorsystem. Dock, bandbredden för dessa elektroniska datorer begränsas av signalfördröjningen av tidskonstanter som är viktiga för elektroniska logiska operationer. I ett försök att mildra dessa problem, forskare har övervägt utvecklingen av en optisk digital dator, och ett team har gått så långt som att visa den optiska och elektriska bistabiliteten för att koppla in en enda transistor.
Denna vecka, i Journal of Applied Physics , ett forskargrupp från University of Illinois i Urbana-Champaign presenterar sina fynd om optisk och elektrisk bistabilitet hos en enda transistor som drivs vid rumstemperatur.
Innan detta arbete, kvantbrunnar införlivades nära kollektorn i basen av en III-V heterojunction bipolär transistor, vilket resulterar i en kraftigt reducerad strålande spontan rekombinationstid för anordningen. Laserströmsmodulationsbandbredden är relaterad till elektronhålets strålningsrekombinationstider, foton livstid och hålrumsfoton densitet.
I en metod patenterad av två av artikelns författare, kallas ofta Feng och Holonyaks idé, den optiska absorptionen kan förbättras ytterligare av den hålighetskoherenta fotonintensiteten hos transistorlasern. Med hjälp av den unika egenskapen för intra-cavity foton-assisterad tunneling modulering, forskarna kunde etablera en grund för direkt laserspänningsmodulering och växling vid höga gigahertz -hastigheter.
Forskarna fann att transistorlaserns elektriska och optiska bistabilitet kan styras av basström och kollektorspänning. Den aktuella omkopplingen befanns bero på transistorbasens driftskifte mellan stimulerad och spontan elektronhålsrekombinationsprocess vid baskvantbrunnen.
Enligt Milton Feng, av forskargruppen, detta var första gången detta har gjorts.
"Vi sätter en transistor inuti ett optiskt hålrum, och den optiska kaviteten styr fotontätheten i systemet. Så, om jag använder tunneling för att absorbera foton, och sedan kvantbrunnen för att generera fotonen, då kan jag i princip spänningsjustera och strömstyra den elektriska och optiska växlingen mellan koherent och osammanhängande tillstånd för ljuset, och mellan stimulerad och spontan rekombination för strömmen, "Sa Feng.
Jämfört med tidigare undersökningar, som innehöll optisk hysteres i hålrum som innehåller olinjärt absorberande och dispersivt förstärkningsmedium, driftsprinciperna som fysiska processer och driftsmekanismer i transistorlaserelektrooptiska bistabiliteter är betydligt olika. I detta fall, olika omkopplingsvägar mellan optiska och elektriska energitillstånd resulterar i olika trösklar för ingångssamlarspänning, vilket resulterar i denna betydande skillnad i metod och resultat.
"På grund av kopplingsvägsskillnaderna mellan koherenta och osammanhängande fototätheter i hålrum som reagerar med kollektorspänningsmodulering via Feng-Holonyak foton-assisterad tunnelhålighet som resulterar i kollektorspänningsskillnaden i omkopplare och omkopplare NED, transistorn laser bistabilitet är realiserbar, kontrollerbar och användbar, "Sa Feng.
Det är forskarnas uppfattning att den elektro-optiska hysteresen och bistabiliteten i transistorlaserens kompakta form kan användas för höghastighetsoptiska logiska portar och flip-flop-applikationer.
"Jag hoppas att den nya forskningsdomänen kommer att utvidgas från elektronik-från elektronikkroppar som transporterar i fast tillstånd-till elektronisk-optisk domän till en integrerad krets, som kommer att bli det stora genombrottet för den framtida generationen av höghastighetsdataöverföring, "Sa Feng.
