Войти

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

1183
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
  • 31.03 10:44
  • 4
Об естественном и социальном отборах как необходимых условиях развития
  • 31.03 04:59
  • 0
Вот интересно в связи с разговорами о завершении СВОйны.
  • 31.03 04:01
  • 0
Ответ на "Владимир Путин допустил возможность временного введения на Украине внешнего управления под эгидой ООН"
  • 31.03 02:39
  • 312
Главком ВМФ России: проработан вопрос о создании нового авианосца
  • 31.03 02:18
  • 1
Как Франция наводит украинские удары
  • 31.03 02:11
  • 1
Владимир Путин допустил возможность временного введения на Украине внешнего управления под эгидой ООН
  • 31.03 01:28
  • 0
О "сдерживании России" еврославянскими Аника-воинами.
  • 31.03 00:25
  • 8258
Без кнута и пряника. Россия лишила Америку привычных рычагов влияния
  • 30.03 21:10
  • 0
Ответ на ""Сдержать Россию": зачем Польше нужны войска США"
  • 30.03 20:11
  • 0
Немного о "НАТО на краю пропасти"
  • 30.03 20:11
  • 1
Ответ на "Украина. В погоне за победой ЕС навредил сам себе, а НАТО теперь беззащитна (IL Fatto Quotidiano, Италия)"
  • 30.03 17:47
  • 6
«Мировое разделение труда — вещь очень ненадежная»
  • 30.03 14:16
  • 8614
Минобороны: Все авиаудары в Сирии пришлись по позициям боевиков
  • 30.03 09:51
  • 3
Герой России Роман Таскаев: Российский самолет МС-21 взлетит с пассажирами в 2028 г.
  • 29.03 18:28
  • 3
SCMP: Эксперты предполагают, что секретный китайский истребитель J-36 не предназначен для ведения воздушного боя