Войти

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

1604
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
  • 13.09 20:33
  • 5
Вперёд, в прошлое! Дряхлые Ан-28 заменят так и не вылезший из пеленок "Байкал"
  • 13.09 09:49
  • 139
МС-21 готовится к первому полету
  • 13.09 02:52
  • 0
Комментарий к "«Мы едины»: генсек НАТО Рютте пообещал ещё больше сделать для Украины"
  • 13.09 02:21
  • 0
Комментарий к "«Patriot — не волшебная палочка». В чем проблема украинской ПВО?"
  • 12.09 23:05
  • 23
Оффлайн нейросеть без цензуры на личном ПК или ноутбуке
  • 12.09 18:21
  • 0
О сравнении "Ясеня-М" (проект 885М) с "Щукой-Б" (проект 971)
  • 12.09 15:45
  • 0
По поводу "Лучше бы на эти деньги построили 5 новых фрегатов пр. 22350 стоимостью по 500 млн. долл."
  • 12.09 08:14
  • 3
«Возникает ассоциация с «Бисмарком»: западная оценка крейсера «Адмирал Нахимов»
  • 12.09 05:21
  • 3
Комментарий к "Стремительная модернизация российского атомного подводного флота насторожила НАТО (Military Watch Magazine, США)"
  • 11.09 21:31
  • 1
Россия представила новую партию истребителей с самой большой дальностью полета в мире: темпы расширения парка Су-34 ускоряются (Military Watch Magazine, США)
  • 11.09 19:55
  • 2
Вторая жизнь «Осы»: на Украине создали замену заканчивающимся советским ракетам
  • 11.09 14:22
  • 0
Комментарий к "Специальная военная операция закончилась в 2024 году, а мы и не заметили."
  • 11.09 08:15
  • 3
В России назвали четыре сценария СВО
  • 11.09 04:48
  • 1
К Новому году российские операторы дронов продегустируют русский Starlink
  • 11.09 04:18
  • 1
Российский производитель поставит в Индию более 100 самолётов Ил-114-300