Towards the quantum noise limit in semiconductor microwave amplifiers: a study of hot electron noise

迈向半导体微波放大器的量子噪声极限:热电子噪声的研究

基本信息

  • 批准号:
    1911926
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 43.75万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-09-01 至 2023-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Nontechnical:Semiconductor microwave amplifiers are widely used in science and technology. They are widely used, ranging from fundamental science such as the detection of dark matter to applications such as the identification of hazardous chemicals. As they operate at the beginning of the detection circuit, amplifiers are often the main factor limiting the sensitivity of these technologies. The PI will investigate the sources of quantum noise in microwave amplifiers by experiment and theory. Predictions of how noise can be decreased will be experimentally tested through design and characterization of custom devices. The aim of this work is a transformative advance towards reducing noise in microwave amplifiers to the ultimate limit.Technical:This project will investigate the precise microscopic origins of electronic noise in high electron mobility transistors using advances in numerical tools and characterization of custom devices. Electron noise in semiconductor devices, arising from fluctuations due to scattering and other mechanisms, must be mitigated for semiconductor amplifiers to approach the quantum noise limit but the microscopic details at the level of individual electronic and vibrational states have been inaccessible. Investigators will employ theoretical and numerical descriptions of carrier transport at such scales to quantitatively identify the contributions of diverse transport processes to noise and how they may be mitigated. Predictions of how noise can be decreased by modifications of device architecture obtained from such studies will be directly experimentally tested using characterization of custom devices. This project will also train students in the microwave electronic technology that is presently in high demand for engineering of quantum hardware such as quantum computers.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
非技术性:半导体微波放大器广泛应用于科学技术领域。它们用途广泛,从暗物质检测等基础科学到危险化学品识别等应用。由于放大器在检测电路的起始端工作,因此放大器通常是限制这些技术灵敏度的主要因素。 PI 将通过实验和理论研究微波放大器中量子噪声的来源。将通过定制设备的设计和表征来对如何降低噪声的预测进行实验测试。这项工作的目的是将微波放大器的噪声降低到极限的革命性进展。技术:该项目将利用先进的数值工具和定制器件的表征来研究高电子迁移率晶体管中电子噪声的精确微观起源。半导体器件中因散射和其他机制引起的波动而产生的电子噪声必须得到缓解,半导体放大器才能接近量子噪声极限,但单个电子和振动状态水平的微观细节却无法获得。研究人员将采用这种规模的载流子传输的理论和数值描述来定量确定不同传输过程对噪声的贡献以及如何减轻噪声。从此类研究中获得的对如何通过修改器件架构来降低噪声的预测将使用定制器件的表征直接进行实验测试。该项目还将对学生进行微波电子技术方面的培训,该技术目前对量子计算机等量子硬件工程有很高的需求。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过利用基金会的智力优势和更广泛的影响进行评估,认为值得支持。审查标准。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Quasiballistic electron transport in cryogenic SiGe HBTs studied using an exact, semi-analytic solution to the Boltzmann equation
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  • DOI:
    10.1063/5.0063178
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Naik, Nachiket R.;Minnich, Austin J.
  • 通讯作者:
    Minnich, Austin J.
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
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  • 作者:
    Catherall, David S.;Minnich, Austin J.
  • 通讯作者:
    Minnich, Austin J.
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