Войти

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

1398
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
  • 09.02 06:23
О роли ТЯО в гипотетической войне - в том числе, с учетом планов СА 80-ых.
  • 09.02 05:42
  • 1
Ростех представит в Эр-Рияде комплекс управления огнем артиллерии "Планшет-А"
  • 09.02 05:23
  • 14058
Без кнута и пряника. Россия лишила Америку привычных рычагов влияния
  • 09.02 04:51
  • 2
Раскрыты главные различия российских «Сармы» и «Торнадо-С»
  • 09.02 04:13
  • 2
В США российский Т-14 «Армата» сочли жертвой и тупиком в развитии
  • 09.02 04:06
  • 1
"Высокоточные комплексы" представят на World Defense Show новейшие средства ПВО
  • 09.02 03:49
  • 0
Насколько эффективны западные ВВС и ВМФ для войны Запада против России?
  • 09.02 02:29
  • 3
Глава РАН Красников сообщил о развитии «роев» БПЛА в России
  • 09.02 00:09
  • 0
Комментарий к "Сделка по Гренландии выявляет недостатки: высокотехнологичное американское оружие выходит из строя в арктическом холоде (The Washington Times, США)"
  • 08.02 22:56
  • 0
Могут ли "30 стран НАТО" победить Россию, если "по-настоящему" захотят?
  • 08.02 21:41
  • 0
Комментарий к "Неужели более 30 стран НАТО не могут победить Россию? Правда в том, что они не хотят побеждать (Baijiahao, Китай)"
  • 08.02 19:09
  • 3
Комментарий к "В России призвали вернуть поезда с ядерными ракетами"
  • 08.02 08:34
  • 6
ОАК, S7 и ГТЛК подписали меморандум о поставке 100 самолетов Ту-214
  • 07.02 20:01
  • 0
Комментарий к "В России признали опасность новой гонки вооружений с США"
  • 07.02 17:57
  • 0
Комментарий к ""Вытеснить Россию из Черного моря": в США раскрыли детали плана по Украине"