Войти

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

1571
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
  • 27.07 11:56
  • 1
Не сигнальте роботам: как беспилотные грузовики «КАМАЗ» осваивают дороги России
  • 27.07 11:40
  • 1
Илон Маск призвал к уступкам России для завершения украинского конфликта
  • 27.07 06:49
  • 1
«Снесем все к чертовой матери!» Стоит ли России ударить по производителям БПЛА в Европе?
  • 27.07 06:04
  • 0
Без комментариев - статья "Полуколониальная Россия начала XX века, отставание во всём, пропасть между бедными и богатыми"
  • 27.07 05:46
  • 0
Комментарий к "Чем события 1917 года «аукнулись» нам в 1941 году"
  • 27.07 04:16
  • 0
Комментарий к "«Багратион»: как советские войска за два месяца разгромили группу армий «Центр»"
  • 26.07 23:35
  • 1
Беспилотная преграда
  • 26.07 22:11
  • 0
Комментарий к "Маркс предсказал современный мир... но ошибся в самом важном"
  • 26.07 20:09
  • 0
Комментарий к "Физический предел познания существует. И мы уже близки к нему?"
  • 26.07 05:49
  • 1
Комментарий к "Ваш взгляд буквально управляет материей: почему кот Шрёдингера до сих пор ставит физиков в тупик"
  • 26.07 04:53
  • 0
Комментарий к "Экономический подъем Российской империи в 1913 году и причины ее краха"
  • 25.07 21:07
  • 4
Индонезия захотела построить космодром совместно с Россией
  • 25.07 18:59
  • 2
ТОС из рукава: в войсках создан тяжелый огнеметный спецназ
  • 25.07 11:16
  • 1
Лавров указал США реальный путь завершения конфликта на Украине
  • 25.07 06:37
  • 0
Комментарий к "Броня России. «Чёрный орёл», одна из лучших модификаций Т-80, 1989"