Войти

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

1590
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
  • 23.08 19:23
  • 16391
Без кнута и пряника. Россия лишила Америку привычных рычагов влияния
  • 22.08 20:03
  • 6
В России приступили к сборке первых самолетов Як-130М
  • 22.08 07:44
  • 2
"Военная хроника": Связка Су-25 и БПЛА "Герань" увеличивает дальность поражения
  • 22.08 07:29
  • 2
Приполярные районы Луны посчитали идеальным местом для выживания земных микробов
  • 22.08 00:46
  • 1
Замглавы МО РФ обсудил с послом Шри-Ланки перспективы военного сотрудничества
  • 22.08 00:03
  • 1
Российские военные научили робота «Курьер» автоматически уничтожать дроны
  • 21.08 23:33
  • 1
Цель определена: Украина разместит предприятие по производству БПЛА в Финляндии
  • 21.08 23:30
  • 1
За время СВО "Ланцеты" применены уже более 5 тысяч раз
  • 21.08 23:20
  • 0
Комментарий к "The Atlantic рассказал о «страшном сне НАТО»"
  • 21.08 23:02
  • 3
«Полевая артиллерия будущего»: САУ AS9 Huntsman поступила в австралийскую армию
  • 21.08 21:54
  • 0
Комментарий к "Кто победит в дуэли Су-57 против Dassault Rafale? Ответ может удивить (The National Interest, США)"
  • 21.08 21:30
  • 135
Обзор программы создания Ил-114-300
  • 21.08 18:02
  • 0
Комментарий к " "Именно этого Москва не хочет". Этим учением НАТО посылает четкий сигнал (Die Welt, Германия)"
  • 21.08 18:01
  • 0
Комментарий к "Америка должна выйти из НАТО и перестать играть роль мирового жандарма на Ближнем Востоке (19FortyFive, США)"
  • 21.08 14:11
  • 3
Путин дразнит НАТО военным кораблем с гиперзвуковыми ракетами на борту (The Telegraph UK, Великобритания)