Войти

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

1388
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
  • 22.01 19:06
  • 13684
Без кнута и пряника. Россия лишила Америку привычных рычагов влияния
  • 22.01 17:24
  • 1
В США назвали главную проблему армии России
  • 22.01 13:00
  • 1
Бундесвер испытывает конопляные волокна в качестве армирующего материала
  • 22.01 12:36
  • 92
МС-21 готовится к первому полету
  • 22.01 06:27
  • 0
Касательно "ФЛОТ УМИРАЕТ БЕЗ АВИАНОСЦА: Сивков о предательстве интересов России | Безруков и Сивков"
  • 22.01 03:18
  • 0
О стратегии, тактике, и требованиях к бронетанковой технике в СА 60-80-ых гг. XX в.
  • 22.01 00:32
  • 1
В США новый российский «Амур» сочли обреченным
  • 22.01 00:06
  • 0
Комментарий к "В США рассказали о сражении между M1E3 Abrams и Т-14 «Армата»"
  • 21.01 23:11
  • 1
Как остаться в живых, если грянет третья мировая: Россия предрекла Британии "конец" (The Mirror, Великобритания)
  • 21.01 22:51
  • 4
Озвучены некоторые данные о нашем «аналоге» Starlink
  • 21.01 19:09
  • 5
Суд арестовал имущество и деньги Чубайса в рамках нового иска «Роснано»
  • 21.01 11:02
  • 1
Новый выставочный центр «Буран» открылся в Музейном комплексе в Верхней Пышме
  • 21.01 03:05
  • 0
Сравнение платформы "Армата" с запускаемым в серию в этом году Т-90М2 (по имеющейся о них информации))
  • 20.01 19:24
  • 0
И еще о танках: проект Т-90М2 "Рывок-1", по планам - в серии с 2026/2027 г.
  • 20.01 18:27
  • 0
Комментарий к "В новом М1Е3 Abrams повторяются некоторые идеи танка из КНДР 2017 года"