Войти

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

1637
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
  • 11.10 11:11
  • 2
Евкуров рассказал о новой тактике Армии России в зоне спецоперации
  • 11.10 09:56
  • 16423
Без кнута и пряника. Россия лишила Америку привычных рычагов влияния
  • 11.10 06:32
  • 2
Комментарий к "Как изменятся танки для участия в войнах будущего"
  • 10.10 07:29
  • 0
Комментарий к "Две реальности сегодняшнего дня: почему разрыв между фронтом и тылом становится одной из главных угроз для страны"
  • 10.10 06:04
  • 0
И снова о калининградском анклаве ("Запад упорно ведет дело к ядерной войне с Россией: сделан еще один шаг")
  • 10.10 04:43
  • 0
Комментарий к "Разделенная Украина"
  • 09.10 22:09
  • 0
Комментарий к "НАТО может перерезать важнейшую для России Балтийскую артерию "в течение нескольких часов" после начала атаки (The Times, Великобритания)"
  • 09.10 20:55
  • 0
Комментарий к "Рубио призывает Европу пробудиться ото "сна" и сохранить господство Запада (The New York Times, США)"
  • 09.10 18:47
  • 0
Как оказалось - необходимо внести ясность касательно физики и механики. :(
  • 09.10 14:39
  • 1
Аккумуляторы создают в России новое ГОЭЛРО
  • 09.10 14:11
  • 1
Украина инвестирует не менее 93,3 млн. евро в развертывание производства боеприпасов на территории Литвы
  • 09.10 13:44
  • 5
Польша представила новую тяжелую боевую машину пехоты
  • 09.10 13:15
  • 1
Комментарий к "Почему Россия должна быть готова применить ядерное оружие"
  • 09.10 13:02
  • 2
Кушнер и Дмитриев допустили перезапуск «Северного потока» за счёт денег из США
  • 09.10 12:31
  • 1
Рубио призывает Европу пробудиться ото "сна" и сохранить господство Запада (The New York Times, США)