Войти

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

1379
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
  • 04.01 14:00
  • 1
О современных танках, точнее, ОБТ (MBT, по-английски)
  • 04.01 13:58
  • 15
«Ударит по Москве из Лондона»: подробности о гиперзвуковой ракете США Dark Eagle
  • 04.01 13:54
  • 12690
Без кнута и пряника. Россия лишила Америку привычных рычагов влияния
  • 04.01 09:18
  • 1
Риск самосбывающихся пророчеств: какие угрозы видит российский сенатор
  • 03.01 22:50
  • 0
И еще раз: О роли танков в современной войне.
  • 03.01 13:26
  • 1
Российская авиапромышленность наносит ответный удар! Бомбардировщик Ту-160М возродился, эта контратака в условиях западных санкций потрясла мир (NetEase, Китай)
  • 02.01 20:18
  • 0
Комментарий к "С-500: российское оружие победы или бумажный тигр? (The National Interest, США)"
  • 02.01 16:23
  • 5
ОБТ Т-90М2 «Рывок-1» – перспективный российский танк
  • 02.01 02:43
  • 0
Комментарий к "С развертыванием “Орешника” в Белоруссии Россия развивает передовую инфраструктуру для стратегического ядерного сдерживания (Military Watch Magazine, США)"
  • 02.01 02:14
  • 14
Всемирное Смутное время: хочет ли в действительности Европа воевать - Мнения ТАСС
  • 01.01 06:45
  • 16
В России собрались использовать для перевозки пассажиров дирижабли
  • 01.01 05:03
  • 0
Комментарий к "Риск самосбывающихся пророчеств: какие угрозы видит российский сенатор"
  • 01.01 00:18
  • 0
О концепции "молниеносного глобального удара (Prompt global strike)"
  • 31.12 22:15
  • 0
О развитии ВМФ РФ
  • 31.12 21:13
  • 0
О "модернизации российской ядерной триады"