Полупроводниковые наноструктуры для квантовых технологий (обзор)
https://doi.org/10.25205/2541-9447-2025-20-2-68-88
Аннотация
Рассмотрены примеры разработки и применения полупроводниковых наноструктур для реализации квантовых технологий при решении задач развития современных информационных и телекоммуникационных технологий. В их числе: гетеропереходные полевые транзисторы с высокой подвижностью электронов; многоэлементные матричные фотоприемники инфракрасного диапазона на многослойных гетероструктурах с квантовыми ямами; квантовые каскадные лазеры; полупроводниковые лазеры с вертикальным резонатором; источники одиночных и запутанных фотонов с квантовыми точками в активной области; спиновые структуры в эпитаксиальной системе «германий – кремний» с квантовыми точками. Ожидается применение полупроводниковых наноструктур в новых областях полупроводниковой электроники, таких как разработка универсальной памяти, нейропроцессоры, спинтроника, квантовые вычислители и квантовая криптография, элементы СВЧ и терагерцевой электроники, оптоэлектроники и радиофотоники, устройства теплового и ночного видения.
Об авторе
А. Л. Асеев
Новосибирский государственный университет;
Институт физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН
Россия
Россия
Асеев Александр Леонидович, доктор физико-математических наук, академик РАН
Новосибирск
Список литературы
1. Алферов Ж. И. Гетеропереходы в полупроводниках и приборы на их основе // Физика и жизнь. М.–СПб.: Наука, 2006. С. 107–168.
2. Mimura T. The Early History of the High Electron Mobility Transistor (HEMT) // IEEE Transactions on Microwave Theory and Technologies. 2002. Vol. 50. No. 3. P. 780–782.
3. Журавлев К. С., Торопов А. И., Шамирзаев Т. С., Бакаров А. К., Раков Ю. Н., Мякишев Ю. Б. Применение высокочистых слоев AlxGa1-xAs в эпитаксиальных структурах мощных полевых СВЧ-транзисторов // Письма в ЖТФ. 1999. Т. 25. № 15. С. 8–14.
4. Раков Ю. Н., Мякишев Ю. Б., Журавлев К. С., Торопов А. И., Шамирзаев Т. С., Бакаров А. К. Применение высокочистых слоев AlxGa1-xAs в структурах мощных полевых СВЧ-транзисторов // Электронная техника. Сер. 1. СВЧ-техника. 2001. № 2. С. 51.
5. Шамирзаев Т. С., Торопов А. И., Бакаров А. К., Журавлев К. С., Раков Ю. Н., Мякишев Ю. Б. Получение твердых растворов AlxGa1-xAs и эпитаксиальных структур для мощных полевых СВЧ-транзисторов // Автометрия. 2001. № 3. С. 89–96.
6. Раков Ю. Н., Торопов А. И., Мякишев Ю. Б., Журавлев К. С., Цибаев В. П. Мощные псевдоморфные гетероструктурные полевые транзисторы с легированным каналом //17-я Междунар. Крымская конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии». Севастополь, 2007. С. 554–555.
7. Протасов Д. Ю., Бакаров А. К., Торопов А. И., Бер Б. Я., Казанцев Д. Ю., Журавлев К. С. Подвижность двумерного электронного газа в DA-pHEMT гетероструктурах с различной шириной профиля δ-n-слоев // Физика и техника полупроводников. 2018. Т. 52, № 1. С. 48–55.
8. Журавлев К. С., Протасов Д. Ю., Бакаров А. К., Торопов А. И., Гуляев Д. В., Лапин В. Г., Лукашин В. М., Пашковский А. Б. Новый тип гетероструктур для мощных pHEMT-транзисторов // Автометрия. 2020. Т. 56, № 5. С. 36–43.
9. Bethea G. C., Levine B. F., Asom M. T., Leibenguth R. E., Stayt J. W., Glogovsky K. G., Morgan R. A., Blackwell J. D., Parrish W. J. Long wave infrared 128x128 AlxGa1-xAs/GaAs quantum camera and imaging system // IEEE Trans. On Electron Devices. 1993. Vol. 40. No. 11. P. 1957–1963.
10. Овсюк В. Н., Торопов А. И., Шашкин В. В. Матричные ИК-фотоприемники на основе многослойных гетероструктур с квантовыми ямами // Матричные фотоприемные устройства инфракрасного диапазона. Новосибирск: Наука 2001. С. 242–264.
11. Торопов А. И., Шашкин В. В. ИК-фотоприемники на многослойных гетероструктурах GaAs/AlGaAs // Нанотехнологии в полупроводниковой электронике. СО РАН. 2004. С. 252–272.
12. Изготовление матричных фоточувствительных элементов на основе многослойных структур GaAs/AlGaAs с квантовыми ямами // Актуальные проблемы физики полупроводников. Наноструктуры, эпитаксия, фотоника и электроника: ред. ЛатышевА.В., Двуреченский А. В. Новосибирск: Изд-во ИФП СО РАН, 2017. С. 123–124.
13. Казаринов Р. Ф., Сурис Р. А. О возможности усиления электромагнитных волн в полупроводниках со сверхрешеткой // Физика и техника полупроводников. 1971. Т. 5, № 4. С. 797.
14. Faist J., Capasso F., Siveo D. I., Hutchison A. I., Cho A. Y. Quantum Cascade Laser // Science. 1994. № 264. P. 553–556.
15. Жуков А. Е., Цирлин Г. Э., Алферов Ж. И. и др. Многослойные гетероструктуры для квантово-каскадных лазеров терагерцового диапазона // Физика и техника полупроводников. 2016. Т. 50, № 5. С. 674–678.
16. Хабибуллин Р. А., Середина М. А., Сурис Р. А. Применение квантово-каскадных лазеров терагерцового диапазона // Терагерцовая фотоника и оптоэлектроника. М.: РАН, 2024. С. 464–521.
17. Паулиш А. Г., Новгородов Б. Н., Хрящев С. В., Кузнецов С. А. Терагерцовый визуализатор на основе ТГц-ИК-конвертера // Автометрия. 2019. № 55, № 1. С. 55–63.
18. Терагерцевый визуализатор на основе ТГц-ИК-конвертера // Актуальные проблемы физики полупроводников. Наноструктуры, эпитаксия, фотоника и электроника; ред. Латышев А. В. Новосибирск: Изд-во ИФП СО РАН, 2020. С. 186–188.
19. Sale T. E. Vertical Cavity Surface Emitting Lasers. John Wiley & Sons. Inc. New York, 1995.
20. Vertical Cavity Surface Emitting Lasers: Design, Fabrication, Characterization and Application. Ed. Wilsmen C.W., Temkin H., Coldren L. Cambridge. University Press, 1999.
21. Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers: Technology and Applications. Ed. Cheng J., Dutta N. K. Gordon and Breach Science Publ., 2000.
22. Гайслер В. А., Торопов А. И. Лазеры с вертикальным резонатором на основе In0,2Ga0,8As квантовых ям // Нанотехнологии в полупроводниковой электронике. Изд-во СО РАН, 2004. С. 272–298.
23. Гутаковский А. К., Латышев А. В., Чувилин А. Л. Структура дефектов и границ раздела в полупроводниковых гетеросистемах. Новосибирск: Параллель, 2016. С. 179–182.
24. Гайлер В. А., Гайслер А. В., Деребезов И. А., Ярошевич А. С., Бакаров А. К., Дмитриев Д. В., Калагин А. К., Торопов А. И. и др. Сверхминиатюрные излучатели на основе полупроводниковых наноструктур // Юбилейный сб. избр. тр. Ин-та физики полупроводников им. А. В. Ржанова; отв. ред. А. В. Латышев, А. В. Двуреченский, А. Л. Асеев.. Новосибирск: Параллель, 2014. С. 378–400.
25. Гайлер В. А., Деребезов И. А., Гайслер А. В., Ярошевич А. С., Бакаров А. К., Дмитриев Д. В., Торопов А. И. и др. Лазеры с вертикальным резонатором для миниатюрных квантовых стандартов частоты // Автометрия. 2021. Т. 57, № 5. С. 4–10.
26. Скворцов М. Н., Игнатович С. М., Вишняков В. И., Квашнин Н. Л., Месензова И. С. и др. Миниатюрный квантовый стандарт частоты на основе явления когерентного пленения населенностей в парах атомов 87Rb // Квантовая электроника. 2020. Т. 50, № 6. С. 576–580.
27. Гайслер В. А., Деребезов И. А., Гайслер А. В., Бакаров А. К., Торопов А. И., Щеглов Д. В., Латышев А. В., Асеев А. Л. Неклассические излучатели на основе квантовых точек // Вестник РФФИ. 2015. № 4. С. 42–54.
28. Haisler V. A., Haisler A. V. H, Derebezov I. A., Yaroshevich A. S., Bakarov A. K., DmitrievD.V., Kalagin A. K., Toropov A. I. Superminiature radiation sources based on semiconductor nanostructures // Advanced in Semiconductor Nanostructures. Growth, Characterization, Properties and Applications. Eds. A. V. Latyshev, A. V. Dvurechenskii, A. L. Aseev. Elsevier, 2017. P. 437–461.
29. Гайслер В. А., Деребезов И. А., Гайслер А. В., Дмитриев Д. В., Торопов А. И. и др. Сверхминиатюрные излучатели на основе AlInAs квантовых точек // Актуальные проблемы физики полупроводников. Наноструктуры, эпитаксия, фотоника и электроника. Новосибирск: Изд-во ИФП СО РАН, 2018. С. 104–105.
30. Деребезов И. А., Гайслер В. А, Гайслер А. В, Дмитриев Д. В., Торопов А. И, Von Helversen M., De la Haye C., Bounouar S, Reitzenstein S. Неклассические источники света на основе селективно позиционированных микролинзовых структур и (111) In(Ga) As квантовых точек // Физика и техника полупроводников. 2019. Т. 53, № 10. С. 1338–1342.
31. Двуреченский А. В., Якимов А. И. Наногетероструктуры с квантовыми точками на основе кремния // Юбилейный сб. избр. тр. Ин-та физики полупроводников им. А. В. Ржанова; отв. ред. А. В. Латышев, А. В. Двуреченский, А. Л. Асеев. Новосибирск: Параллель, 2014. С. 76–101.
32. Phillips J. Evaluation of the fundamental properties of quantum dot detectors // J. Appl. Phys. 2002. Vol. 91. No. 7. P. 4590–4594.
33. Yakimov A. I., Kirienko V. V., Bloshkin A. A., Armbrister V. A., Dvurechenski. A. V. Plasmon polariton enhanced mid-infrared photodetectors based on Ge quantum dots in Si // J. Appl. Phys. 2017. Vol. 122. No. 313. P. 133101.
34. Zinovieva A. F., Timofeev V. A., Nenashev A. V., Dvurechenskii, A. V., Kulik A. V. Electron localization in Ge/Si heterostructures with double quantum dots detected by an electron spin resonance method // Phys. Rev. B. 2013. Vol. 88. P. 255308.
35. Зиновьева А. Ф., Двуреченский А. В., Горнов А. Ю., Зароднюк Т. С., Кошкарев А. А., Ненашев А. В. Квантовые логические операции на спиновых состояниях в непрерывном СВЧ-поле // Микроэлектроника. 2018. Т. 47. № 4. С. 49–58.
36. Асеев А. Л. Полупроводники и нанотехнологии. Новосибирск: ИПЦ НГУ, 2023. 143 С.
Рецензия
Для цитирования:
Асеев А.Л. Полупроводниковые наноструктуры для квантовых технологий (обзор). Сибирский физический журнал. 2025;20(2):68-88. https://doi.org/10.25205/2541-9447-2025-20-2-68-88
For citation:
Aseev A.L. Semiconductor Nanostructures for Quantum Technologies (Review). SIBERIAN JOURNAL OF PHYSICS. 2025;20(2):68-88. (In Russ.) https://doi.org/10.25205/2541-9447-2025-20-2-68-88
Просмотров:
6
Послать статью по эл. почте 