ウェブサイト更新のお知らせ

 またまた大分時間がかかってしまいましたが、「小さな石たちの物語」に新たなページを追加しました。 追加したのは「半導体集積回路」です。その一部はこのブロク「石くれと砂粒の世界」に記していない 新しい内容になっています。電子デバイス→半導体集積回路とアクセスしてください。 また「絶縁ゲート電界効果トランジスタ」で集積回路に関…
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ウェブサイト更新のお知らせ

ウェブサイト「小さな石たちの物語」に記事を追加しましたので、お知らせします。 追加したのは[電子デバイス]の「バイポーラトランジスタ」です。 当初予定を変更して、「集積回路」の章を設けることにし、バイポーラトランジスタの集積回路に関する部分はこちらに記載することにします。次はこれを掲載する予定です。
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ウェブサイト更新のお知らせ

 ウェブサイト「小さな石たちの物語」に記事を追加しましたので、お知らせします。 追加したのは「絶縁ゲート電界効果トランジスタ」です。 ペースが遅いですが、続いて「バイポーラトランジスタ」を公開する予定です。
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ウェブサイト更新のお知らせ

さきに公開したウェブサイト「小さな石たちの物語」に記事を追加しましたので、お知らせします。 追加したのは「発光ダイオード」の後半部分で、これで発光ダイオードは完結したことになります。 大変時間がかかりますが、つぎは電子デバイス系のトランジスタ関連を掲載するつもりです。
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ウェブサイト開設のお知らせ

このたびこの「石くれと砂粒の世界」をウェブサイト(ホームページ)に再編した「小さな石たちの物語」と称するサイトを開設しました。 といってもまだごく一部しかできておりません。全体が完成するのを待っているといつになるか分からないので、できたところから順次先行して公開することにしました。 基本的な内容は当ブログのコピーにすぎません…
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屈折率と吸収係数の関係(クラマース-クロニヒの関係)(その2)

 前回のホプキンソンの重ね合わせに用いた階段状の変化が時間間隔、電圧間隔がともに細かくなっていった極限を考えます。これは前回の図B(a)に破線で示したような滑らかな曲線状の変化になると考えられます。そのような場合の式は積分を使って次のように書き直せると考えられます。    ここで、t-u=τと置くと     全電流は   …
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屈折率と吸収係数の関係(クラマース-クロニヒの関係)(その1)

 ここまで光変調器の話を中断して屈折率について説明してきましたが、これは今回取り上げる屈折率と吸収係数の関係について明らかにするためでした。  前回、説明したように、複素屈折率の実部が屈折率に相当し、虚部は消衰係数と呼ばれ、吸収係数に相当しています。実はこの実部と虚部、すなわち屈折率と消衰係数は独立に決まるものではなく、一定に関係…
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複素屈折率(その2)

 前回の続きですが、複素誘電率と複素屈折率の関係をもう少し検討し、複素屈折率の物理的意味を調べることにします。  もう一度、電磁波の式に戻ります。ここでは複素ベクトルを使った表式をとります。電界Eは      (1)  ここでωは角周波数、kは伝搬定数です。Kはベクトルで一般にはz方向と異なる方向を向いているのですが、ここでは…
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複素屈折率(その1)

 前回のスネルの法則などの話で扱われている屈折率は実数ですが、今後の議論を進めていくうえでは、屈折率を複素数として考える必要があります。前回、屈折率と誘電率の関係を示しましたが、複素屈折率を導入するために複素誘電率をまず考えます。これには誘電体を用いたコンデンサを含む交流回路の議論から入るのがよいかと思われます。  静電容量Cのコ…
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屈折現象

 前回、屈折率の変化を利用した光変調器について紹介しましたが、その屈折率をいかに変化させるかを考えていきます。その前に基本的なことですが、屈折現象についてまとめておきます。 屈折率は基本的な物理定数で、通常は光学や電磁気学で取り扱われる巨視的な定数です。このサイトでは電磁波としての光のついてはまだあまり取り扱っていないので、この機…
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屈折率変化を利用した光変調

 前回まで半導体の光吸収特性の変化を利用した光変調素子について紹介してきました。これ以外の原理を使った光変調としては、屈折率の変化を使ったものがあります。こちらは半導体よりもむしろ誘電体、とくに強誘電体を使った素子が長く研究され一部実用化したものもあります。  この屈折率変化を利用した光変調には原理の異なる多くの種類が提案されてき…
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フランツ-ケルディッシュ効果

 電界によって光の吸収端が変化する効果として量子閉じ込めシュタルク効果より前から知られていたフランツ-ケルディッシュ効果を取り上げます。  この効果は1958年にドイツの物理学者フランツ(W.Franz)とロシア(当時はソビエト連邦)の物理学者ケルディッシュ(L.V.Keldysh)が互いに独立に見い出しました。量子閉じ込めシュタ…
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量子エネルギーの電界による変化

 前回まで長々と摂動法の説明をした目的は量子閉じ込めシュタルク効果で量子準位がどのように変化するかを近似的に解析するためでした。今回は実際に計算をしてみます。  計算は量子井戸に電界がかかったとき、量子準位のエネルギーがどのように変化するかを求めるのが目的です。印加電界をFとすると、1次元のポテンシャルのエネルギーV(x)は  …
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摂動法(その3)

 つぎに2次の摂動を考えます。固有エネルギーを求めるには1次の場合と同様に前々回の(8)式から出発します。(8)式を変形して      (18) 1次の場合と同様に、左からψn(0)*をかけて積分しスカラー積を求めると、(18)式の右辺が求めるEn(2)になります。    ψn(1)に(10)式を代入して計算するとつぎのよ…
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摂動法(その2)

 1次のψn(1)、これを1次の摂動項と呼びますが、これを求めるのが、この近似解法の最初の目的です。そこでまずこれをψn(0)で展開して表示します。     (10) (10)式を(7)式に代入すると    書き直して     (11) となります。  (11)式の左から共役関数のψk(0)*をかけて積分し、スカラー積…
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摂動法(その1)

 量子閉じ込めシュタルク効果は量子井戸の量子準位が電界印加によって変化することによって起こることを前回説明しました。準位の変化は量子力学的に検証しなければなりません。準位が電界の影響によってどう変化するかを計算するにはシュレディンガー方程式を解かなければなりませんが、電界によるポテンシャルエネルギーの変化を加味すると解析的には解けなくな…
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量子閉じ込めシュタルク効果

 前回紹介した電界吸収型光変調器では電界印加によって光吸収率が変化する層が使われています。この層は量子井戸層ですが、量子井戸は層に垂直方向に電界を印加することによって光吸収特性が変化する性質があります。この現象を引き起こしているのが、「量子閉じ込めシュタルク効果」と呼ばれる効果です。  量子井戸の光吸収は同じ半導体の厚い層やバルク…
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電界吸収型光変調素子

 前回、近年半導体を用いた実用的な光変調素子が登場したと言いましたが、これが今回取り上げる電界吸収型光変調素子です。  光の強度を変調する素子は入力電気信号にしたがって変動する光信号を出力する素子です。もっとも単純には電気信号によって入力される定常光を遮断できればよいので、原理的には機械的なシャッタをオンオフするのと同じです。しか…
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光変調素子

 つぎは光変調素子を取り上げてみます。この光変調素子は一般の半導体デバイスの教科書にはあまり取り上げられていません。その理由は後で触れることにして、まずは光変調素子の概要をみておきましょう。 1.光変調素子はなぜ必要か  光信号による通信は日常生活のなかにも広く使われています。テレビやエアコンはリモート・コントロール(略してリモ…
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負性抵抗素子(まとめ)

 前回までで基本的な負性抵抗素子の紹介は一通り終わりましたので、全体的なまとめをしておきます。  通常の抵抗素子は印加する電圧を増加させるとそれに比例して流れる電流が増加します。これに対して負性抵抗素子では印加される電圧が増加すると電流が減少する特性をもちます。  ここで注意しなければならないのは負性抵抗素子はその電流I-電…
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