Войти

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

1199
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
  • 22.04 06:13
  • 8525
Без кнута и пряника. Россия лишила Америку привычных рычагов влияния
  • 22.04 01:50
  • 0
По поводу "Стало известно о планах доверить SpaceX создание «Золотого купола» для США"
  • 21.04 21:27
  • 0
Да при чем тут танки, господи! Ответ на "Все украинские танки почти уничтожены: сможет ли западная помощь спасти положение? (19FortyFive, США)"
  • 21.04 21:02
  • 0
Ответ на "Чиновник США: Украина “на 90%” готова согласиться на мирное предложение США — теперь дело за Россией (New York Post, США)"
  • 21.04 18:33
  • 0
Ответ на ""Украине не нужны русскоязычные регионы": США готовы признать новые границы (The Wall Street Journal, США)"
  • 21.04 14:23
  • 1
Почему Россия отнюдь не обречена (The National Interest, США)
  • 21.04 14:20
  • 24
Военкор: без десантных операций мощного прорыва обороны ВСУ российской армией можно не ждать
  • 21.04 08:17
  • 1
Стало известно о планах доверить SpaceX создание «Золотого купола» для США
  • 21.04 07:30
  • 3
19FortyFive: США могут забыть о F-47, поскольку Китай строит один истребитель-«невидимку» за другим
  • 21.04 01:41
  • 1
«Хаска-10» готова к серийному выпуску и работе в Арктике
  • 20.04 09:53
  • 314
Главком ВМФ России: проработан вопрос о создании нового авианосца
  • 20.04 04:55
  • 1
О противостоянии ЗРС и ЛА
  • 20.04 00:29
  • 0
Ответ на "Эксперт Коротченко: истребитель F-16 ВСУ могли сбить ЗРС С-300В4 или ЗРК "Бук""
  • 19.04 20:12
  • 0
Ответ на ""Откуда взялась третья ракета?" Как был сбит украинский F-16"
  • 19.04 02:48
  • 1
О Ту-22Мn, -95М, -160, Су-34, и ПАК ДА