Войти

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

1538
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
  • 21.06 01:37
  • 16131
Без кнута и пряника. Россия лишила Америку привычных рычагов влияния
  • 20.06 20:57
  • 0
Комментарий к ""Ядерными" бомбардировщиками Tornado, возможно, заменят Су-24 на Украине"
  • 20.06 20:28
  • 0
Комментарий к "Рютте рассказал о создании НАТО 3.0" и "Пентагон заявил о необходимости перезагрузки альянса до «НАТО 3.0»"
  • 20.06 16:51
  • 5
Заглушенные Россией спутники Starlink получили «необратимые повреждения»
  • 20.06 16:49
  • 14
Запад готовится к превентивным ударам по базам ВМФ России, заявил Патрушев
  • 20.06 06:09
  • 0
Запад никогда не желал сильной Украины (AgoraVox, Франция)
  • 20.06 02:40
  • 0
Комментарий к "Террористический расчет: зачем Киев устроил налет на Москву во время саммита в Казани"
  • 20.06 00:41
  • 0
Комментарий к "Россия сбила почти тысячу украинских дронов за сутки. Что дальше?"
  • 19.06 23:17
  • 0
Комментарий к "«Я давно убежден, что слов недостаточно». Лавров сделал заявление после крупнейшей за два года атаки ВСУ на Москву"
  • 19.06 22:33
  • 0
О БЭКах как классе оружия.
  • 19.06 17:19
  • 3
Чем российские спутники для СВО лучше «Старлинка»
  • 18.06 16:22
  • 0
Комментарий к "Журналист рассказал о «свинцовом облаке» для защиты ядерных ракет"
  • 18.06 16:09
  • 1138
Подушка безопасности Ирана на фоне слов Израиля о недостаточности вывоза урана
  • 18.06 05:40
  • 1
Военкор призвал наносить удары по мостам и ликвидировать руководство Украины
  • 18.06 02:12
  • 0
О Черноморском флоте в ходе СВО. Ценность, участие, потери.