Войти

Ученые «подружили» кремний со светом, чтобы использовать его в микроэлектронике следующего поколения

1586
0
+1
Собственная мода кремниевого фотонно-кристаллического слоя.
Собственная мода кремниевого фотонно-кристаллического слоя.
Источник изображения: Сергей Дьяков, Сергей Тиходеев, Николай Гиппиус

Ученые Сколтеха и их коллеги из Института физики микроструктур РАН, Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского, Университета ИТМО, МГУ им. М.В. Ломоносова и Института общей физики им. А.М. Прохорова РАН придумали способ увеличить яркость фотолюминесценции в кремнии, основном материале современной электроники, несмотря на то, что он, к сожалению, плохо справляется с задачами излучения и поглощения фотонов. Новое открытие ученых может быть использовано для создания более эффективных фотонных интегральных схем. Результаты этой работы опубликованы в журнале Laser and Photonics Reviews.

В результате почти 80-летнего периода «естественного отбора» в полупроводниковой технологии кремний стал основным материалом для микросхем. Большинство современных цифровых микросхем изготавливается по технологии КМОП – комплементарная металл-оксид-полупроводник структура (CMOS – complementary metal-oxide-semiconductor). Однако из-за большой плотности элементов в современных CMOS-схемах основным препятствием для увеличения их производимости стало большое тепловыделение в них.

Один из возможных способов уменьшения тепловыделения – переход от металлических связей между элементами в микросхемах к оптическим: в отличие от электронов в полупроводниках, фотоны способны перемещаться на огромные расстояния в волноводах с минимальными потерями тепла.

Переход на CMOS-совместимые оптоэлектронные интегральные схемы также позволит существенно повысить скорость передачи информации внутри чипа и между отдельными чипами в современных компьютерах, что в свою очередь увеличит скорость работы компьютера. К сожалению, сам по себе кремний слабо взаимодействует со светом: он плохой излучатель и поглотитель фотонов. Поэтому «научить» кремниевые микросхемы эффективно взаимодействовать со светом – чрезвычайно важная задача.



Кремниевый фотонно-кристаллический слой (слева), его собственные моды (по центру) и его спектр излучения (справа). Авторы: Сергей Дьяков, Сергей Тиходеев, Николай Гиппиус

 

Исследователям удалось «научить» кремний эффективно излучать при помощи внедренных в кремниевую структуру германиевых наноточек и изготовленного на его поверхности специально рассчитанного фотонного кристалла. Ученые использовали резонатор на основе связанных состояний в континууме. Сама идея связанных состояний в континууме была заимствована из квантовой механики: эффективное удержание света внутри резонатора происходит благодаря тому, что симметрия электромагнитного поля внутри резонатора не соответствует симметрии электромагнитных волн окружающего пространства.

В качестве источника люминесценции исследователи использовали наноостровки германия, которые можно внедрить в необходимое место на кремниевом чипе. Использование связанных состояний в континууме усилило интенсивность свечения более чем в сто раз. Как отмечают ученые, полученный результат открывает пути для перехода к CMOS-совместимым оптоэлектронным интегральным схемам.

Полученные результаты открывают новые возможности для создания эффективных источников излучения на кремнии, встраиваемых в схемы современной микроэлектроники с оптической обработкой сигнала. В настоящее время существует множество научных коллективов, работающих над задачей создания на базе таких структур светоизлучающих диодов и принципов их сопряжения с другими элементами на оптоэлектронном чипе.

Полный список авторов статьи: Сергей Дьяков, Маргарита Степихова, Андрей Богданов, Алексей Новиков, Дмитрий Юрасов, Михаил Шалеев, Захарий Красильник, Сергей Тиходеев, Николай Гиппиус.

Права на данный материал принадлежат
Материал размещён правообладателем в открытом доступе
  • В новости упоминаются
Хотите оставить комментарий? Зарегистрируйтесь и/или Войдите и общайтесь!
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ
Ежедневная рассылка новостей ВПК на электронный почтовый ящик
  • Разделы новостей
  • Обсуждаемое
    Обновить
  • 14.08 15:32
  • 16375
Без кнута и пряника. Россия лишила Америку привычных рычагов влияния
  • 14.08 13:49
  • 1
Российский авиапром реализовал супертехнологию
  • 14.08 09:16
  • 136
МС-21 готовится к первому полету
  • 14.08 07:02
  • 0
Комментарий к "Ильин как новый духовный ориентир: разбираем, какие идеи философа актуализируют сегодня и почему они вызывают споры"
  • 14.08 01:14
  • 0
Могут ли ВВС преодолеть современную ПВО? И имеет ли смысл делать это?
  • 13.08 12:30
  • 1
Командующий ВВС заявил о почти полном обновлении парка авиации России
  • 13.08 12:14
  • 1
Глава «Калашникова» назвал лучшее средство для уничтожения БПЛА в небе России
  • 13.08 12:02
  • 2
Путин поручил флоту наказать Европу за пиратство
  • 13.08 11:41
  • 1
Летчик Су-35С в одном воздушном бою уничтожил сразу два украинских Су-27
  • 13.08 11:16
  • 2
Начались поставки серийных двигателей ПД-8 для самолетов SJ-100
  • 13.08 09:16
  • 1
«Стал перехватчиком дронов»: в западной прессе оценили Ка-52 с новым оружием
  • 13.08 05:05
  • 0
Комментарий к "«Великороссы не славяне»: что Карл Маркс говорил про русских"
  • 13.08 02:25
  • 0
Комментарий к "Почему Гражданскую войну в России начали не белые и не красные"
  • 12.08 22:12
  • 1
Комментарий к "Православный взгляд на спорт: оценки священников и эпизод с публикацией Бориса Корчевникова"
  • 11.08 23:20
  • 0
Комментарий к "JAS 39 Gripen против Су-35: кто победит в будущем противостоянии в небе над Украиной? (The National Interest, США)"