Статья

Название статьи РАЗРАБОТКА ЧИСЛЕННЫХ МОДЕЛЕЙ И МЕТОДОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИХ ФОТОДЕТЕКТОРОВ ДЛЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СИСТЕМ ОПТИЧЕСКОЙ КОММУТАЦИИ
Автор И.В. Писаренко
Рубрика РАЗДЕЛ IV. МОДЕЛИРОВАНИЕ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ
Месяц, год 10, 2016
Индекс УДК 621.383.52
DOI 10.18522/2311-3103-2016-10-122128
Аннотация Данная статья направлена на решение проблемы исследования и разработки моделей и методов моделирования оптоэлектронных компонентов оптических межсоединений для интегральных схем. Рассматривается концепция создания многоядерных ультрабольших интегрально-оптических схем, которые комбинируют кремниевые цифровые ядра и интегральные системы оптической коммутации на основе материалов типа AIIIBV. Объектами исследования являются быстродействующие полупроводниковые фотодетекторы, предназначенные для функционирования в составе интегральных межъядерных оптических соединений совместно с лазерами-модуляторами, которые характеризуются терагерцовыми частотами модуляции генерируемых оптических сигналов. Целью работы является разработка моделей и средств моделирования, которые позволяют описывать переходные процессы, протекающие в структурах фотодетекторов для интегральных систем оптической коммутации при детектировании субпикосекундных лазерных импульсов. Апробация предлагаемых численных моделей, методики диффузионно-дрейфового моделирования и программных средств осуществлялась для исследования характеристик GaAs p-i-n структур и фотодиодов с барьерами Шоттки. Научная новизна работы заключается в том, что в ней предложена методика численного диффузионно-дрейфового моделирования, основанная на применении явной и противопоточной разностных схем, метода Гуммеля и комбинированного базиса переменных и позволяющая в три раза снизить затраты временных и вычислительных ресурсов на получение результатов моделирования при сохранении адекватности последних. Для реализации предлагаемых моделей и методов моделирования разработаны прикладные программные средства на языке MATLAB в среде GNU Octave, позволяющие исследовать p-i-n структуры и фотодиоды с барьерами Шоттки с различными электрофизическими и конструктивно-технологическими параметрами.

Скачать в PDF

Ключевые слова Интегральные системы оптической коммутации; быстродействующие фотодетекторы; численное моделирование; диффузионно-дрейфовые модели.
Библиографический список 1. International Technology Roadmap for Semiconductors: 2013 Edition. Interconnect // Semi-conductor Industry Association. – URL: http://www.itrs2.net/itrs-reports.html.
2. Rakheja S., Naeemi A. Modeling interconnects for post-CMOS devices and comparison with copper interconnects // IEEE Transactions on Electron Devices. – 2011. – Vol. 58. – P. 1319-1328.
3. Subash S., Kolar J., Chowdhury M.H. A new spatially rearranged bundle of mixed carbon nanotubes as VLSI interconnection // IEEE Transactions on Nanotechnology. – 2013.
– Vol. 12. – P. 3-12.
4. Naeemi A., Meindl J.D. Conductance modeling for graphene nanoribbon (GNR) interconnects // IEEE Electron Device Letters. – 2007. – Vol. 28. – P. 428-431.
5. Chang M.-C.F., Socher E., Tam S.-W., Cong J., Reinman G. RF Interconnects for Communica-tions On-Chip // Proceedings of the IEEE International Symposium on Physical Design, Port-land, USA, 13–16 April 2008. – P. 78-83.
6. Miller D.A.B. Optical interconnects to electronic chips // Applied Optics. – 2010. – Vol. 49.
– P. F59-F70.
7. Ohashi K., Nishi K., Shimizu T., Nakada M., Fujikata J., Ushida J., Toru S., Nose K., Mizuno M., Yukawa H., et al. On-chip optical interconnect // Proceedings of the IEEE. – 2009. – Vol. 97.
– P. 1186-1198.
8. Белкин М., Сигов А. Оптические межсоединения в интегральных схемах // Наноиндустрия. – 2012. – № 1 (31). – С. 8-14.
9. Ohira K., Kobayashi K., Iizuka N., Yoshida H., Ezaki M., Uemura H., Kojima A., Nakamura K., Furuyama H., Shibata H. On-chip optical interconnection by using integrated III-V laser diode and photodetector with silicon waveguide // Optics Express. – 2010. – Vol. 18. – P. 15440-15447.
10. Коноплев Б.Г., Рындин Е.А., Денисенко М.А. Метод построения интегральных систем оптической коммутации многоядерных УБИС // Известия ЮФУ. Технические науки.
– 2011. – № 4 (117). – С. 21-27.
11. Pisarenko I.V., Ryndin E.A., Denisenko M.A. Diffusion-drift model of injection lasers with dou-ble heterostructure // Journal of Physics: Conference Series. – 2015. – Vol. 586. – P. 012-015.
12. Konoplev B.G., Ryndin E.A., Denisenko M.A. Diffusion-drift model of the transport of charge carriers and photons in injection lasers // Technical Physics Letters. – 2015. – Vol. 41. – P. 587-590.
13. Saleh B.E.A., Teich M.C. Fundamentals of Photonics. – 2nd. ed. – Wiley-Interscience, 2007.
14. Дирочка А.И., Курбатов Л.Н. Фотоэлектроника // Базовые лекции по электронике. Т. II. Твердотельная электроника: Сб. под общ. ред. В.М. Пролейко. – М.: Техносфера, 2009.
– С. 206-250.
15. Абрамов И.И. Проблемы и принципы физики и моделирования приборных структур микро- и наноэлектроники. Ч. II. Модели полуклассического подхода // Нано- и микро-системная техника. – 2006. – № 9. – С. 26-36.
16. Абрамов И.И. Моделирование физических процессов в элементах кремниевых инте-гральных микросхем. – Мн.: БГУ, 1999. – 189 с.
17. Palankovski V., Quay R. Analysis and Simulation of Heterostructure Devices. – Wien: Springer-Verlag, 2004.
18. Unlu M.S., Strite S. Resonant cavity enhanced photonic devices // J. Appl. Phys. – 1995.
– Vol. 78, No. 2. – P. 607-639.
19. Самарский А.А., Гулин А.В. Численные методы: учеб. пособие для вузов. – М.: Наука, 1989. – 432 с.
20. Куликова И.В., Лысенко И.Е., Приступчик Н.К., Лысенко А.С. Численное решение нестационарной фундаментальной системы уравнений полупроводника в диффузионно-дрейфовом приближении // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2014. – № 9 (158). – С. 106-111.

Comments are closed.