Войти

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

1518
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
  • 30.05 21:30
  • 15944
Без кнута и пряника. Россия лишила Америку привычных рычагов влияния
  • 30.05 20:45
  • 1128
Подушка безопасности Ирана на фоне слов Израиля о недостаточности вывоза урана
  • 30.05 16:35
  • 3
Комментарий к "Россия проводит масштабные испытания шести типов ракет с ядерным потенциалом: какую задачу выполняет каждая из них? (Military Watch Magazine, США)"
  • 30.05 15:58
  • 125
МС-21 готовится к первому полету
  • 30.05 15:21
  • 1
Комментарий к "«Боевые действия остановятся». Украина угрожает армии России «логистическим локдауном»"
  • 30.05 15:04
  • 2
Военная недостаточность: почему Хельсинки экстренно учится сбивать дроны
  • 30.05 14:32
  • 3
Названы сроки поставок разработанного на замену Ан-2 самолёта ЛМС-901 «Байкал»
  • 30.05 14:28
  • 1
Шугаев назвал беспилотные системы и РЭБ главным трендом в сфере вооружений
  • 30.05 11:39
  • 1
«Боевые действия остановятся». Украина угрожает армии России «логистическим локдауном»
  • 30.05 08:32
  • 1
В СНГ интересуются опытом российской армии, полученным на СВО, заявил Шойгу
  • 30.05 00:24
  • 0
Комментарий к "Призрак российско-украинского конфликта (Al Khaleej, ОАЭ)"
  • 29.05 18:46
  • 4
Подразделения БАРС создадут в Удмуртии для защиты жителей и заводов от БПЛА
  • 29.05 07:11
  • 6
Еще один модернизированный бомбардировщик Ту-160М
  • 29.05 03:52
  • 2
Российские ученые создали защиту зданий от ударов БПЛА весом до 250 кг
  • 29.05 03:42
  • 5
Всеми силами: как ВС России ответили на теракт в Старобельске