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Progetto di una cavità Fabry-Perot basata su nanocluster di silicio drogati con erbio

Informazioni tesi

  Autore: Roberto Pagano
  Tipo: Tesi di Laurea
  Anno: 2005-06
  Università: Politecnico di Bari
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria Elettronica
  Relatore: Vittorio Passaro
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 376

In questo lavoro di tesi si introducono e si risolvono i modelli teorici, basati sulle rate equations, descriventi l'interazione dei nanocluster di silicio con l'erbio, validi sia nel caso di pompaggio ottico, che nel caso di pompaggio elettrico.

INTRODUZIONE

Tra i differenti approcci sviluppati per superare la bassa efficienza intrinseca del silicio come materiale emettitore di luce, il drogaggio con elementi delle terre rare è quello dominante, insieme ai sistemi in silicio nanostrutturati (silicio poroso e nanocristalli). Infatti gli studi condotti sul silicio drogato con erbio hanno dimostrato che l’erbio può essere efficacemente eccitato attraverso la ricombinazione della coppia elettrone-lacuna o attraverso l’impatto di portatori energizzati e, seppure ci sia la presenza di efficienti meccanismi non radiativi come la ricombinazione Auger con i portatori liberi e back transfer di energia, sono stati costruiti dispositivi in silicio operanti a temperatura ambiente.
Nei paragrafi seguenti si mostreranno i principali meccanismi alla base dell’emissione nel sistema materiale ErSi-nc:SiO2 e quali sono le strutture più efficienti per l’emissione, ma prima sarà fatta una breve panoramica sul silicio bulk drogato con erbio [1]. Inoltre saranno risolte le rate equations che descrivono le interazioni tra i nanocristalli di silicio con l’erbio, sia nel caso di pompaggio ottico che elettrico, e sarà proposto un modello approssimato, che se implementato al calcolatore, richiede bassissimi tempi di calcolo e permette di valutare la potenza di saturazione del sistema.

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ix INTRODUZIONE L’invenzione del primo transistor, avvenuta nei laboratori Bell nel 1947, e la realizzazione dodici anni dopo del primo circuito integrato sia da parte della Texas Instruments che della Fairchild Company, hanno rivoluzionato l’industria elettronica, e sancito la nascita della microelettronica. Nel 1965 Gordon Moore, fondatore della Intel, pubblicò un articolo circa l’andamento del livello di integrazione dei circuiti in cui in base all’osservazione statistica di alcuni dati riguardanti l’evoluzione dell’industria microelettronica, scoprì che il numero di componenti che potevano essere integrati all’interno di un chip di dimensioni pari ad un pollice quadrato, raddoppiava ogni dodici mesi. In realtà egli era interessato alla curva costi/ livello di integrazione, poiché aveva notato che i circuiti elettronici di tutti i tipi avrebbero avuto dei costi minori se essi fossero stati integrati in numero sempre maggiore. Ovviamente un numero maggiore di componenti sullo stesso chip, aumenta anche la capacità computazionale di quest’ultimo e quindi anche la sfera delle applicazioni. Per aumentare il livello di integrazione, tuttavia, le tecnologie, come ad esempio la litografia, devono essere in grado di definire interconnessioni di dimensioni via via sempre più ridotte e permettere la realizzazione di dispositivi submicrometrici. Tuttavia maggiore è il numero dei dispositivi da integrare sullo stesso chip, più lunghe saranno le interconnessioni che serviranno per distribuire il segnale di clock e gli altri segnali. In figura 1 è riportato a titolo di esempio l’andamento della lunghezza totale delle interconnessioni su un’area attiva di 1cm2 in funzione dell’anno di produzione. Come si nota dalla figura, attualmente su un’area di chip pari a 1cm2 ci sono migliaia di chilometri di sottili piste di interconnessione. Assumendo un valore della resistività costante, l’aumento della lunghezza totale di interconnessione produce un enorme aumento della resistenza, inoltre problemi come il sovrariscaldamento, causato dalla maggiore potenza dissipata, e i ritardi nella trasmissione dei segnali, che aumentano

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