Войти

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

1387
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
  • 19.01 18:15
  • 13590
Без кнута и пряника. Россия лишила Америку привычных рычагов влияния
  • 19.01 16:44
  • 1
Озвучены некоторые данные о нашем «аналоге» Starlink
  • 19.01 06:41
  • 0
Комментарий к "Используя опыт Украины: Польша готовится к нанесению глубоких ударов по России"
  • 19.01 05:24
  • 0
Комментарий к "Сможет ли новый высотный разведывательный самолет "Хищник" сравниться со своим советским предшественником МиГ-25Р? (Military Watch Magazine, США)"
  • 19.01 05:19
  • 6
Китайская пресса раскрыла характеристики стратегической АПЛ нового поколения
  • 19.01 03:44
  • 1
Сможет ли новый высотный разведывательный самолет "Хищник" сравниться со своим советским предшественником МиГ-25Р? (Military Watch Magazine, США)
  • 19.01 02:56
  • 2766
Как насчёт юмористического раздела?
  • 18.01 16:58
  • 1
В США впервые показали «Абрамс» нового поколения
  • 18.01 15:40
  • 23
Отказ от нефти и газа затронет каждого жителя России
  • 18.01 13:06
  • 88
МС-21 готовится к первому полету
  • 17.01 20:22
  • 0
О гидропневматической (управляемой, адаптивной) подвеске, в том числе для танков (в связи с Abrams'ом нового поколения).
  • 17.01 14:55
  • 1
Комментарий к "В США впервые показали «Абрамс» нового поколения"
  • 17.01 05:20
  • 0
Комментарий к "Захарова: любые иностранные войска на Украине станут законными целями для ВС РФ"
  • 17.01 02:22
  • 1
Комментарий к "Россию обвинили в реализации программы США «Быстрый глобальный удар»"
  • 17.01 01:15
  • 1
Соседей не выбирают, но…