Войти
  • Новость не найдена
  • Ученые «подружили» кремний со светом, чтобы использовать его в микроэлектронике следующего поколения

    1248
    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 21:02
    • 9583
    Без кнута и пряника. Россия лишила Америку привычных рычагов влияния
    • 06.07 19:52
    • 56
    Гендиректор ОАК Слюсарь: испытания SSJ New с российскими двигателями начнутся осенью - Интервью ТАСС
    • 06.07 19:03
    • 3
    Путин и отношения с Азербайджаном: фокус на Южном Кавказе (Al Mayadeen, Ливан)
    • 06.07 11:23
    • 17
    Российские разведывательно-ударные мультикоптеры предложат на экспорт
    • 06.07 11:18
    • 461
    Израиль усиливает меры безопасности в связи с опасениями ударов со стороны Ирана
    • 06.07 10:46
    • 6
    Новая турецкая малогабаритная крылатая ракета Bayraktar Kemankeş
    • 06.07 10:39
    • 176
    В России запустили производство 20 самолетов Ту-214
    • 06.07 07:42
    • 5
    Российскую лазерную систему ПВО применят против украинского «Лютого»
    • 06.07 02:19
    • 4
    В добавление к "Интеллектуальные способности высших военных командиров"
    • 05.07 18:04
    • 4
    Эксперт Кузякин: Украина использует маркетинг для вербовки граждан России
    • 05.07 14:23
    • 11
    В США порассуждали о новой роли стареющих штурмовиков A-10
    • 04.07 12:28
    • 1
    «Испытано на российских беспилотниках»: Швеция признала начало поставок комплекса ПВО Tridon Mk2 на Украину
    • 04.07 11:48
    • 1
    Путин: российские штурмовики "без всяких роботов" действуют эффективно
    • 04.07 11:22
    • 2
    Тревожное решение США о приостановке поставок оружия Украине (The Economist, Великобритания)
    • 04.07 03:47
    • 1
    Готова ли Европа к войне? (Financial Times, Великобритания)