Войти

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

1626
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
  • 02.10 17:40
Бадалян: Пашинян проигнорировал саммит ЕАЭС из-за созданного им образа «врага» в лице Лукашенко
  • 02.10 17:34
  • 0
«Это будет другая геополитическая реальность»: в Беларуси жестко предупредили Запад о последствиях провокаций
  • 02.10 03:57
  • 1
Путин поставил кабмину новую задачу в сфере искусственного интеллекта
  • 02.10 03:47
  • 1
Вашингтон обозначил неугодные ему страны НАТО
  • 01.10 21:10
  • 1
В Ленинградской области испытали новейший боевой лазер для борьбы с БПЛА
  • 01.10 21:05
  • 0
Комметарий к "China.com (Китай): что делать, когда нет денег? Еще раз продать Китаю самолеты Су"
  • 01.10 16:56
  • 0
«НАТО 3.0»: По какому принципу Вашингтон делит союзников
  • 01.10 14:51
  • 8
China.com (Китай): что делать, когда нет денег? Еще раз продать Китаю самолеты Су
  • 01.10 14:44
  • 2
Вуз не должен быть сам по себе: КНР готовит реформу системы высшего образования
  • 01.10 14:23
  • 1
Главком ВВСУ: украинские истребители F-16 сбили тысячи целей
  • 01.10 14:15
  • 1
Российские «Герани» вывели из строя украинские F-16
  • 01.10 14:13
  • 16410
Без кнута и пряника. Россия лишила Америку привычных рычагов влияния
  • 01.10 11:59
  • 1
«Перемирие сейчас — смерти подобно»: договорятся ли Москва и Киев о прекращении огня по энергообъектам
  • 01.10 04:23
  • 0
Комментарий к "Снять санкции, захлопнуть дверь НАТО: как Трамп и Путин достигнут согласия по Украине (Washington Examiner, США)"
  • 01.10 03:54
  • 1
В Китае создана модель лидара по обнаружению F-35 на определённом расстоянии