Войти

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

1630
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
  • 05.10 17:36
  • 0
С широко закрытыми глазами
  • 05.10 15:13
  • 1
Заказан головной итальянский эсминец нового поколения
  • 05.10 14:51
  • 1
Охотники за «малым небом»
  • 05.10 05:54
  • 0
Комментарий к "Рванет не там, где все думают. Вот где «откроются ворота» третьей мировой"
  • 05.10 05:24
  • 1
"На пороге новой реальности": главные тезисы Путина на валдайском форуме
  • 05.10 04:53
  • 1
Трамп перенаправил “украинскую” помощь для стран НАТО латиноамериканским союзникам (The Telegraph UK, Великобритания)
  • 05.10 04:16
  • 1
Европейская элита поставила на войну — и стремительно теряет избирателей (The American Conservative, США)
  • 05.10 03:44
  • 1
На учениях «Центр» показали «Изделие 347» с управляемой ракетой
  • 04.10 21:24
  • 1
Экс-чиновник НАТО: Россия считает себя победителем, и, по-моему, не зря (The Independent, Великобритания)
  • 04.10 05:13
  • 0
Комментарий к "Русские не решатся: В НАТО посмеялись над ядерным оружием Москвы. Первый удар должна принять Польша"
  • 02.10 20:09
  • 0
Комментарий к "Вашингтон обозначил неугодные ему страны НАТО" и "«НАТО 3.0»: По какому принципу Вашингтон делит союзников"
  • 02.10 17:40
  • 0
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