vdgtuВестник Дагестанского государственного технического университета. Технические наукиHerald of Dagestan State Technical University. Technical Sciences2073-61852542-095XDaghestan State Technical University10.21822/2073-6185-2019-46-3-8-19vdgtu-688Research ArticleЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ, МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЕ И ХИМИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕPOWER, METALLURGICAL AND CHEMICAL MECHANICAL ENGINEERINGТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ЭКОНОМИЧНОМ СВЕТОТРАНЗИСТОРЕTHERMOELECTRIC PROCESSES IN AN EFFICIENT LIGHT-EMITTING TRANSISTORГаджиевХ. М.GadzhievH. M.

кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой радиотехники, телекоммуникаций и микроэлектроники

367026, г. Махачкала, пр. Имама Шамиля, 70

Cand.Sci. (Technical), Аssoc. Prof., Department of Radio Engineering, Telecommunications and Microelectronics

70 I. Shamilya Ave., Makhachkala 367026

gadjiev.xad@mail.ruАхмедовМ. Э.AkhmedovM. E.

доктор технических наук, доцент кафедры технологии пищевых производств, общественного питания и товароведения

367026, г. Махачкала, пр. Имама Шамиля, 70

 Dr. Sci. (Technical), Аssoc. Prof., Department of Technology of Food Production, Catering and Commodity Science

70 I. Shamilya Ave., Makhachkala 367026

akhmag49@mail.ruГаджиеваС. М.GadzhievaS. M.

 кандидат физико-математических наук, доцент кафедры теоретической и общей электротехники

367026, г. Махачкала, пр. Имама Шамиля, 70

Cand.Sci. (Physical and Mathematical), Department of Theoretical and General Electrical Engineering

70 I. Shamilya Ave., Makhachkala 367026

gadzhieva_soltanat@mail.ruКурбановаП. А.KurbanovaP. A.

cтарший преподаватель кафедры теоретической и общей электротехники

367026, г. Махачкала, пр. Имама Шамиля, 70

Senior Lecturer, Department of Theoretical and General Electrical Engineering

70 I. Shamilya Ave., Makhachkala 367026

magomedova-pa@mail.ruДагестанский государственный технический университетРоссияDaghestan State Technical UniversityRussian Federation201923112019463819Copyright © Гаджиев Х.М., Ахмедов М.Э., Гаджиева С.М., Курбанова П.А., 20192019Гаджиев Х.М., Ахмедов М.Э., Гаджиева С.М., Курбанова П.А.Gadzhiev H.M., Akhmedov M.E., Gadzhieva S.M., Kurbanova P.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.dgtu.ru/jour/article/view/688

Цель Разработка энергоэффективных светоизлучающих биполярных полупроводниковых структур.

Метод Предложен метод трансформации термоэлектрического тепла в биполярных полупроводниковых структурах в электромагнитное излучение оптического диапазона. При этом сохраняется охлаждающий эффект на термоэлектрических переходах. Вместо электрического переноса информационного импульса от излучающего свет перехода база-эмиттер информация переносится на поглощающий свет переход база-коллектор фотонами напрямую или после многократного переотражения от зеркальных металлических электродов.

Результат Принцип излучения светодиода позволяет реализовать оптопару в пределах одного электронного компонента. В отличие от обычных оптопар, которые дискретно в пространстве разделены, здесь они интегрально объединены в пределах одного электронного компонента. В результате светоизлучающие биполярные полупроводниковые структуры позволят создавать более мощные приборы с большим быстродействием и степенью интеграции.

Вывод Светоизлучающие биполярные полупроводниковые структуры позволят не только повысить надежность работы электронных компонентов в широком диапазоне эксплуатационных характеристик, но и повысить энергоэффективность за счет применения рекуперации оптического излучения. Перспективы развития световых экономичных транзисторов позволяют не только повысить степень интеграции, а значит, и увеличить производительность процессоров, но и снизить энергозатраты на системы охлаждения и на систему питания самого устройства. 

Objectives Development of energy-efficient light-emitting bipolar semiconductor structures.

Method  A method for transforming thermoelectric heat in bipolar semiconductor structures into optical-range electromagnetic radiation, which preserves the cooling effect on thermoelectric transitions, is proposed. Instead of transferring the information impulse electrically from the baseemitter light-emitting transition, the information is transferred directly to the light-absorbing basecollector transition by photons or following multiple re-reflections from mirror metal electrodes.

Results Unlike conventional optocouplers discretely separated in space, the novel optocouplers described in the article are integrated into a single electronic component using the principle of LED radiation. As a result, light-emitting bipolar semiconductor structures will result in the creation of more powerful, faster and better integrated devices.

Conclusion Light-emitting bipolar semiconductor structures will not only increase the reliability of electronic components across a wide range of performance characteristics, but also increase energy efficiency through the use of optical radiation recovery. The future development of light-efficient transistors improves integration and increases processor performance, at the same time as reducing the power consumption of the cooling system and the power supply of the device itself.

светоизлучающие биполярные полупроводниковые структурыоптическое излучениерекуперацияэнергоэффективныйзеркальный электродLight-emitting bipolar semiconductor structuresoptical radiationrecoveryenergy-efficiencymirror electrodeReferencesАнатычук Л.И. Термоэлектричество. Т.2. Термоэлектрические преобразователи энергии. Киев, Черновцы: Институт термоэлектричества, 2003. 386c.Anatychuk L.I. Thermoelectricity. T.2. Thermoelectric energy converters. Kiev, Chernivtsi: Institute of Thermoelectricity, 2003. 386c.Дмитриев А. И., Таланцев А. Д., Зайцев С. В., Данилов Ю. А., Дорохин М. В., Звонков Б. Н., Коплак О. В., Моргунов Р. Б. Фотолюминесцентный отклик квантовой ямы на изменение магнитного поля δ-слоя Mn в гетероструктурах InGaAs/GaAs // ЖЭТФ. 2011. Т. 140. № 1. С. 158-169.Dmitriyev A. I., Talantsev A. D., Zaytsev S. V., Danilov YU. A., Dorokhin M. V., Zvonkov B. N., Koplak O. V., Morgunov R. B. Fotolyuminestsentnyy otklik kvantovoy yamy na izmeneniye magnitnogo polya d-sloya Mn v geterostrukturakh InGaAs/GaAs // ZHETF. 2011. T. 140. № 1. pp. 158-169. [Dmitriev A. I., Talantsev A. D., Zaitsev S. V., Danilov Yu. A., Dorokhin M. V., Zvonkov B. N., Koplak O. V., Morgunov R. B. Photoluminescent QW response to a change in the magnetic field of the Mn δ layer in InGaAs / GaAs heterostructures // JETP. 2011. T. 140. No. 1. pp. 158169. (In Russ.)]Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Челушкина Т.А. Применение полупроводниковых термоэлектрических устройств для охлаждения тепловыделяющих компонентов цифровых активных фазированных антенных решеток // Неделя науки - 2016. Материалы XXXVII итоговой научно-технической конференции ДГТУ. 2016. С. 56-57.Ismailov T.A., Gadzhiyev KH.M., Chelushkina T.A. Primeneniye poluprovodnikovykh termo-elektricheskikh ustroystv dlya okhlazhdeniya teplovydelyayushchikh komponentov tsifrovykh aktivnykh fazirovan-nykh antennykh reshetok // Nedelya nauki - 2016. Materialy XXXVII itogovoy nauchno-tekhnicheskoy konferen-tsii DGTU. - 2016. - S. 56-57. [Ismailov T.A., Gadzhiev H.M., Chelushkina T.A. The use of semiconductor thermoelectric devices for cooling the heat-generating components of digital active phased antenna arrays // Science Week - 2016. Materials of the XXXVII final scientific and technical conference of DSTU. - 2016 .-- S. 56-57. (In Russ.)]Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Магомедова П.А., Челушкин Д.А. Энергоэффективный полупроводниковый термоэлектрический тепловой насос спирального типа // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. 2016. Т. 41. № 2. С. 49-60.Ismailov T.A., Gadzhiyev KH.M., Magomedova P.A., Chelushkin D.A. Energoeffektivnyy po-luprovodnikovyy termoelektricheskiy teplovoy nasos spiral'nogo tipa // Vestnik Dagestanskogo gosudar-stvennogo tekhnicheskogo universiteta. Tekhnicheskiye nauki. - 2016. - T. 41. - № 2. - S. 49-60. [Ismailov T.A., Gadzhiev H.M., Magomedova P.A., Chelushkin D.A. Energy-efficient semiconductor thermoelectric heat pump of spiral type //Herald of the Daghestan State Technical University. Technical Science. - 2016. T. 41. No. 2. pp. 49-60. (In Russ.)]Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Магомедова П.А., Челушкина Т.А. Энергоэффективный теплоотвод на основе многокаскадного термоэлектрического устройства с применением диодов Ганна // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. 2015. Т. 39. № 4. С. 14-20.Ismailov T.A., Gadzhiyev KH.M., Magomedova P.A., Chelushkina T.A. Energoeffektivnyy tep-lootvod na osnove mnogokaskadnogo termoelektricheskogo ustroystva s primeneniyem diodov Ganna // Vest-nik Dagestanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Tekhnicheskiye nauki. - 2015. - T. 39. - № 4. - S. 14-20. [Ismailov T.A., Gadzhiev H.M., Magomedova P.A., Chelushkina T.A. Energy-efficient heat sink based on a multi-stage thermoelectric device using Gunn diodes // Bulletin of the Dagestan State Technical University. Technical science. - 2015. - T. 39. - No. 4. pp. 14-20. (In Russ.)]Гаджиев Х.М., Челушкина Т.А., Шкурко А.С. Излучающие полупроводниковые электронные приборы в цифровых активных фазированных антенных решетках // Перспективы модернизации современной науки. Сборник статей Международной научно-практической конференции. 2015. - С. 14-15.Gadzhiyev KH.M., Chelushkina T.A., Shkurko A.S. Izluchayushchiye poluprovodnikovyye elektron-nyye pribory v tsifrovykh aktivnykh fazirovannykh antennykh reshetkakh // Perspektivy modernizatsii sovre-mennoy nauki. Sbornik statey Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii. - 2015. - S. 14-15. Gadzhiev H.M., Chelushkina T.A., Shkurko A.S. Radiating semiconductor electronic devices in digital active phased antenna arrays // Prospects for the modernization of modern science. Collection of articles of the International scientific-practical conference. 2015 pp. 14-15. (In Russ.)]Исмаилов Т.А. Термоэлектрические полупроводниковые устройства и интенсификаторы теплопередачи. - СПб.: Политехника, 2005.Ismailov T.A. Termoelektricheskiye poluprovodnikovyye ustroystva i intensifikatory teploperedachi. - SPb.: Politekhnika, 2005. [Ismailov T.A. Thermoelectric semiconductor devices and heat transfer intensifiers. - St. Petersburg: Polytechnic, 2005. (In Russ.)]Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М. Охлаждение радиоэлектронных систем: учебное пособие. - Махачкала: ИПЦ ДГТУ, 2012. 165 с.Ismailov T.A., Gadzhiyev KH.M. Okhlazhdeniye radioelektronnykh sistem: uchebnoye posobiye. - Makhachkala: IPTS DGTU, 2012. – 165 s. [Ismailov T.A., Gadzhiev H.M. Cooling of electronic systems: a training manual. - Makhachkala: CPI DGTU, 2012 . 165 p. (In Russ.)]Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М. Термоэлектрическое охлаждение тепловыделяющих компонентов микроэлектронной техники. - Москва: «Академия», 2012. 136 с.Ismailov T.A., Gadzhiyev KH.M. Termoelektricheskoye okhlazhdeniye teplovydelyayushchikh kompo-nentov mikroelektronnoy tekhniki. - Moskva: «Akademiya», 2012. – 136 s. [Ismailov T.A., Gadzhiev H.M. Thermoelectric cooling of the fuel components of microelectronic technology. - Moscow: "Academy", 2012. - 136 p. (In Russ.)]Дорохин М. В., Данилов Ю. А. Измерение поляризационных характеристик излучения наногетероструктур: учебно-методическое пособие. Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2011.Dorokhin M. V., Danilov YU. A. Izmereniye polyarizatsionnykh kharakteristik izlucheniya nanogeterostruktur: uchebno-metodicheskoye posobiye. – Nizhniy Novgorod: Nizhegorodskiy gosuniversitet, 2011 [Dorokhin MV, Danilov Yu. A. Measurement of the polarization characteristics of the radiation of nanoheterostructures: a training manual. - Nizhny Novgorod: Nizhny Novgorod State University, 2011. (In Russ.)]Вихрова О. В., Данилов Ю. А., Дроздов Ю. Н., Звонков Б. Н., Iikawa F., Brasil M. J. S. P. Свойства квантово-размерных структур GaAs/InGaAs, содержащих δ<Mn>-легированные слои // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2007. № 2. С. 9-12.Vikhrova O. V., Danilov YU. A., Drozdov YU. N., Zvonkov B. N., Iikawa F., Brasil M. J. S. P. Svoystva kvantovo-razmernykh struktur GaAs/InGaAs, soderzhashchikh d<Mn>-legirovannyye sloi // Poverkh-nost'. Rentgenovskiye, sinkhrotronnyye i neytronnyye issledovaniya. – 2007. – № 2. – S. 9-12. [Vikhrova O. V., Danilov Yu. A., Drozdov Yu. N., Zvonkov B. N., Iikawa F., Brasil MJSP Properties of quantum-dimensional GaAs / InGaAs structures containing δ <Mn> -doped layers / / Surface. X-ray, synchrotron and neutron studies. 2007. No. 2. pp. 9-12. (In Russ.)]Патент РФ на изобретение №2507613. Каскадное светоизлучающее термоэлектрическое устройство / Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Гаджиева С.М., Нежведилов Т.Д., Челушкина Т.А., опубл. 20.02.2014.Patent RF na izobreteniye №2507613. Kaskadnoye svetoizluchayushcheye termoelektricheskoye ustroystvo / Ismailov T.A., Gadzhiyev KH.M., Gadzhiyeva S.M., Nezhvedilov T.D., Chelushkina T.A., opubl. 20.02.2014. [RF patent for the invention No. 2507613. Cascade light-emitting thermoelectric device / Ismailov T.A., Gadzhiev H.M., Gadzhieva S.M., Nezhvedilov T.D., Chelushkina T.A., publ. 02/20/2014. (In Russ.)]Патент РФ на изобретение №2405230. Способ отвода тепла от тепловыделяющих электронных компонентов в виде излучения / Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Гаджиева С.М., Нежведилов Т.Д., Челушкина Т.А., опубл. 01.06.2009.Patent RF na izobreteniye №2405230. Sposob otvoda tepla ot teplovydelyayushchikh elektron-nykh komponentov v vide izlucheniya / Ismailov T.A., Gadzhiyev KH.M., Gadzhiyeva S.M., Nezhvedilov T.D., Che-lushkina T.A., opubl. 01.06.2009. [RF patent for the invention No. 2405230. The method of heat removal from heat-generating electronic components in the form of radiation / Ismailov T.A., Gadzhiev H.M., Gadzhieva S.M., Nezhvedilov T.D., Chelushkina T.A., publ. 06/01/2009. (In Russ.)]Патент РФ №2487436. Светотранзистор/ Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Гаджиева С.М., Нежведилов Т.Д., Челушкина Т.А. Опубл. 10.07.2013.Patent RF №2487436. Svetotranzistor/ Ismailov T.A., Gadzhiyev KH.M., Gadzhiyeva S.M., Nezhvedilov T.D., Chelushkina T.A. Opubl. 10.07.2013. [RF patent No. 2487436. Svetotransistor / Ismailov T.A., Gadzhiev H.M., Gadzhieva S.M., Nezhvedilov T.D., Chelushkina T.A. Publ. 07/10/2013. (In Russ.)]Патент РФ на изобретение №2507632. Светотранзистор с высоким быстродействием / Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Нежведилов Т.Д., Юсуфов Ш.А., опубл. 20.02.2014.Patent RF na izobreteniye №2507632. Svetotranzistor s vysokim bystrodeystviyem / Is-mailov T.A., Gadzhiyev KH.M., Nezhvedilov T.D., Yusufov SH.A., opubl. 20.02.2014. [RF patent for the invention No. 2507632. Highspeed light transistor / Ismail T.A., Gadzhiev H.M., Nezhvedilov T.D., Yusufov Sh.A., publ. 02/20/2014. (In Russ.)]Holub M., Bhattacharya P. Spin-polarized light-emitting diodes and lasers // J. Phys. D: Appl. Phys. – 2007. Vol. 40. No 2. pp. 179-R203.Holub M., Bhattacharya P. Spin-polarized light-emitting diodes and lasers // J. Phys. D: Appl. Phys. - 2007. Vol. 40. No 2. pp. 179-R203.Govorov A. O., Kalameitsev A. V. Optical properties of a semiconductor quantum dot with a single magnetic impurity: photoinduced spin orientation // Phys. Rev. B. 2005. V. 71. N 3. P. 035338-1-5.Govorov A. O., Kalameitsev A. V. Optical properties of a semiconductor quantum dot with a sin-gle magnetic impurity: photoinduced spin orientation // Phys. Rev. B. 2005. V. 71. Nо 3. рр. 035338-1-5. [Govorov A. O., Kalameitsev A. V. Optical properties of a semiconductor quantum dot with a sin-gle magnetic impurity: photoinduced spin orientation // Phys. Rev. B. 2005. Vol. 71. No 3. pp 035338-1-5. (In Russ.)]

The authors declare that there are no conflicts of interest present.