Войти

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

1552
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
  • 06.07 06:23
  • 0
Комментарий к "Как диамат поглотил Маркса"
  • 06.07 05:14
  • 1
«Дорогой Дональд»: Путин поздравил Трампа с 250-летием независимости США
  • 05.07 23:13
  • 0
О советском "военном" ревизионизме, и современном состоянии исторической науки "для масс".
  • 05.07 22:37
  • 16236
Без кнута и пряника. Россия лишила Америку привычных рычагов влияния
  • 05.07 06:37
  • 1
Комментарий к "В антисоветском кино коммунисты стали нацистами, а советские солдаты и не героями вовсе"
  • 04.07 23:35
  • 0
Комментарий к "Почему весной 1943 г. Сталин вдруг перестал ошибаться и Красная армия начала всегда побеждать? Что послужило тому причиной"
  • 04.07 22:53
  • 2
Появились данные о подготовке НАТО массированного прорыва российской ПВО
  • 04.07 22:48
  • 1
Система для борьбы с украинскими беспилотниками уже создана, но нужно время
  • 04.07 22:38
  • 1
Комментарий к "«Политический вопрос»: почему Турция хочет продать российские С-400 Южной Корее?"
  • 04.07 22:31
  • 1
Максимальная комбинация: как масштабный удар ВС РФ парализует оборонную инфраструктуру Украины
  • 04.07 22:28
  • 1
The War Zone: Су-57 вооружили для охоты на дроны
  • 04.07 06:43
  • 0
К темам "«Ответ на 40-дневную операцию Зеленского». Россия нанесла самый сильный удар по Киеву" и "В Кремле рассказали о практически ежедневных встречах Путина и Герасимова"
  • 04.07 05:59
  • 0
Комментарий к "Стоило ли СССР прощать врагов после Великой Отечественной войны?"
  • 04.07 04:42
  • 0
Комментарий к "Министр обороны Германии заявил о переломной фазе украинского конфликта"
  • 03.07 18:43
  • 0
Комментарий к "Появились данные о подготовке НАТО массированного прорыва российской ПВО"