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:半导体微波放大器在科学技术中应用广泛。它们被广泛使用,从探测暗物质等基础科学到识别危险化学品等应用。由于它们在检测电路的开始工作,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。如何降低噪声的预测将通过设计和定制设备的特性进行实验测试。这项工作的目的是将微波放大器中的噪声降低到极限。技术:该项目将利用先进的数值工具和定制设备的特性,研究高电子迁移率晶体管中电子噪声的精确微观起源。半导体器件中的电子噪声是由散射和其他机制引起的波动引起的,为了使半导体放大器接近量子噪声的极限,必须减轻电子噪声,但在单个电子和振动状态水平上的微观细节是无法获得的。研究人员将采用理论和数值描述载体运输在这样的尺度,定量地确定不同的运输过程对噪音的贡献,以及如何减轻它们。从这些研究中获得的关于如何通过修改器件结构来降低噪声的预测将直接通过定制器件的特性进行实验测试。该项目还将培养学生的微波电子技术,这是目前量子硬件工程(如量子计算机)的高需求。该奖项反映了美国国家科学基金会的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

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)
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  • 通讯作者:
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