Войти

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

1621
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
  • 26.09 03:02
  • 0
Комментарий к "США снова предложили Украине забрать оставшиеся фрегаты типа Oliver Hazard Perry"
  • 26.09 02:15
  • 0
Комментарий к "Грядущая война с Россией: путь Европы к краху (Asia Times, Гонконг)"
  • 25.09 19:51
  • 0
Комментарий к "Генерал авиации рассказал о преимуществах обновленного Су-57" и "Летчик рассказал об истребителях Су-57 в новом техническом облике"
  • 25.09 18:21
  • 0
Комментарий к "В США заявили об устаревании стратегической авиации"
  • 25.09 06:33
  • 1
США по ошибке выслали китайцам детали самолета F-35. Какие секреты узнает Пекин?
  • 25.09 06:27
  • 2
США снова предложили Украине забрать оставшиеся фрегаты типа Oliver Hazard Perry
  • 25.09 06:21
  • 1
Гендиректор «Космической связи» сообщил о спутниковых помехах со стороны Украины
  • 25.09 02:02
  • 1
Сетевая невидимость: истребители F-16 научились «видеть» без радара
  • 25.09 01:52
  • 1
Германия нарастит финансирование военных технологий до 6,25 млрд. евро к 2027 году
  • 24.09 18:15
  • 0
Комментарий к "Зрелищный коллапс Запада и катастрофический развал «американской империи» впечатляют"
  • 24.09 13:40
  • 16404
Без кнута и пряника. Россия лишила Америку привычных рычагов влияния
  • 24.09 13:22
  • 6
Угроза от ИИ превзошла ожидания человечества
  • 24.09 11:18
  • 2
Валитов Ильгиз Наилевич - опытный и перспективный управленец современной России
  • 24.09 09:47
  • 5
"Военная хроника": Связка Су-25 и БПЛА "Герань" увеличивает дальность поражения
  • 24.09 02:32
  • 1
Канада и Норвегия намерены значительно расширить двустороннее партнерство в сфере обороны и безопасности