Войти

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

1356
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
  • 30.11 04:05
  • 2
B-21 Raider и пределы технологической революции в военном деле
  • 30.11 00:07
  • 11705
Без кнута и пряника. Россия лишила Америку привычных рычагов влияния
  • 29.11 21:04
  • 1
Скотт Риттер: без контроля над вооружениями человечество движется к гибели
  • 29.11 20:52
  • 0
Комментарий к "Пуститься по миру: как Киев намерен содержать армию в 800 тыс. человек"
  • 29.11 20:34
  • 30
Италия заказала первые боевые машины пехоты KF41 Lynx
  • 29.11 19:36
  • 0
Комментарий к "Почему оторванная от реальности Европа не станет поддерживать Украину в конфликте (The Telegraph UK, Великобритания)"
  • 29.11 15:47
  • 80
МС-21 готовится к первому полету
  • 29.11 11:46
  • 9
Российскому среднемагистральному лайнеру МС-21 «сократили» дальность полета
  • 29.11 11:13
  • 8
Силуанов: время углеводородного сырья уходит, экономике нужны другие «двигатели»
  • 29.11 10:53
  • 3
Пуститься по миру: как Киев намерен содержать армию в 800 тыс. человек
  • 29.11 07:28
  • 0
Комментарий к "Война России с НАТО будет намного стремительнее, чем конфликт на Украине (Newsweek, США)"
  • 29.11 06:17
  • 0
Комментарий к "Беззащитная Великобритания – легкая мишень: когда Украина падет, мы будем следующими (The Independent, Великобритания)"
  • 29.11 04:45
  • 0
Комментарий к "Забрезжило соглашение по Украине, и Франция с Великобританией определяются с военным присутствием там (Politico, США)"
  • 29.11 02:52
  • 13
Прогнозы Илона Маска: ИИ полностью заменит работающих за компьютерами. Приложения исчезнут, а звук и изображение будет создавать ИИ
  • 29.11 01:43
  • 2
«Лёгкая добыча для обзорных радаров»: Индия создала новое покрытие для Су-30СМ