Войти

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

1598
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
  • 04.09 21:12
  • 0
В дополнение к "О современном воздушном бое"
  • 04.09 16:36
  • 14
Оффлайн нейросеть без цензуры на личном ПК или ноутбуке
  • 04.09 12:54
  • 5
Ан-2 получит отечественный двигатель ВК-800 и снова пойдет в серию в модернизированном виде
  • 03.09 23:07
  • 0
Комментарий к "Предложение Рэтклиффа, Украина и будущее НАТО (Asia Times, Гонконг)"
  • 03.09 16:36
  • 0
Контур угроз
  • 03.09 16:28
  • 1
Под знаком качества: "Восход" после заката
  • 03.09 16:20
  • 1
Владимир Путин: если Армения не заинтересована в российской военной базе в Гюмри, ее там не будет
  • 03.09 15:44
  • 1
В ответ на «диверсию» в Лейпциге ФРГ поставит на Украину ракеты к ЗРК IRIS-T
  • 03.09 01:45
  • 1
Предложение Рэтклиффа, Украина и будущее НАТО (Asia Times, Гонконг)
  • 02.09 19:51
  • 136
Обзор программы создания Ил-114-300
  • 02.09 19:28
  • 79
Гендиректор ОАК Слюсарь: испытания SSJ New с российскими двигателями начнутся осенью - Интервью ТАСС
  • 02.09 15:17
  • 2
Холодный прием в Москве: Путин показал главе ЦРУ его реальное место (Baijiahao, Китай)
  • 02.09 14:53
  • 4
Крупнейший чиповый холдинг России получил почти 3 млрд рублей убытка за полгода
  • 02.09 11:49
  • 4
Глава ЦРУ в ходе визита в Москву предостерег Россию от нападений на союзников по НАТО и помощи Ирану (Politico, США)
  • 02.09 04:32
  • 0
Комментарий к "Холодный прием в Москве: Путин показал главе ЦРУ его реальное место (Baijiahao, Китай)"