Войти

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

1480
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
  • 02.05 09:28
  • 1
В Центр Кеннеди прибыло оборудование для лунной миссии Artemis III
  • 02.05 09:14
  • 1
Правит сигнал: фронтовые инженеры увеличили радиус применения ударных БПЛА
  • 02.05 09:01
  • 1
Российский беспилотник "Молния-2" обошел противодронную защиту ВСУ (Forbes, США)
  • 02.05 08:31
  • 1
До начала СВО отрасль БПЛА была "на окраинах", заявил Медведев
  • 02.05 06:49
  • 2
Искусственный интеллект на поле боя
  • 02.05 00:02
  • 0
Комментарии к "В ВСУ допустили сценарий российского ядерного удара" и "На Западе обсуждают слова замкомандующего ВС ВСУ об опасности применения ТЯО РФ"
  • 01.05 21:30
  • 15650
Без кнута и пряника. Россия лишила Америку привычных рычагов влияния
  • 01.05 18:56
  • 0
Комментарии к "На Украине заявили о применении «Ковра» российского Су-57" и к "В США объяснили появление «Ковра» у российского Су-57"
  • 01.05 18:06
  • 0
Комментарии к "В США констатировали исчезновение Су-57" и к "В США предложили «спасение» для российского ПАК ДА"
  • 01.05 15:00
  • 31
Путин сможет отправлять военных на защиту соотечественников от ареста за границей (The Times, Великобритания)
  • 01.05 10:17
  • 5
Экономике России предрекли тектонические изменения через 10 лет
  • 01.05 09:58
  • 1116
Подушка безопасности Ирана на фоне слов Израиля о недостаточности вывоза урана
  • 01.05 07:21
  • 6
Новейший российский «Союз-5» впервые запустят 2 апреля
  • 01.05 04:47
  • 0
Комментарий к "«Потешная флотилия». Европа создает новый военный альянс против России"
  • 01.05 03:46
  • 0
Комментарий к "Конфликт в Персидском заливе показал эффективность российской системы ПВО"