Войти

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

1656
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
  • 26.10 23:03
  • 0
Комментарий к "Как можно было легко и просто избавиться от дефицита товаров в СССР? Почему Политбюро так и не решилось на этот шаг"
  • 26.10 19:24
  • 0
Комментарий к "Подготовка к интервенции. Что затеяла НАТО у российских границ"
  • 26.10 18:32
  • 1
Сувалкский коридор: немцы репетируют «Drang nach Osten»
  • 26.10 18:06
  • 1
Подготовка к интервенции. Что затеяла НАТО у российских границ
  • 26.10 15:18
  • 0
Снова захотелось переговоров, но не всем одинаково
  • 26.10 12:39
  • 1
В США заявили об устаревании стратегической авиации
  • 26.10 12:15
  • 1
«Калашников»: уникальный комплекс ПВО «Зверобой» с высокоскоростными «Кракенами»-перехватчиками впервые публично представляется на Всероссийском оружейном форуме в Москве
  • 26.10 11:23
  • 2
Застряли в начале 2000-х: микросхемы в России выпускают по технологии 90 нм, переход на 14 нм откладывается, запуск нового завода перенесли на конец 2027 года⁠
  • 26.10 08:19
  • 3
WSJ: работу системы Starlink на Украине ограничил Илон Маск
  • 26.10 07:53
  • 0
Комментарий к "Насколько уникальны были самолёты «Илья Муромец»"
  • 26.10 05:06
  • 0
Комментарий к "«Мы дали Украине много, они не дали нам ничего»: что стоит за словами Трампа"
  • 26.10 04:24
  • 0
Комментарий к "«Никаких добровольцев и казаков»: какой должна быть российская система ПВО?"
  • 26.10 01:38
  • 0
Комментарий к "Пентагон планирует к 2035 году увеличить парк истребителей ВВС США до 1500 машин"
  • 26.10 01:35
  • 1
На российских фрегатах увеличат ракетное вооружение
  • 26.10 00:38
  • 1
«Никаких добровольцев и казаков»: какой должна быть российская система ПВО?