Войти

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

1578
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
  • 05.08 13:45
  • 16357
Без кнута и пряника. Россия лишила Америку привычных рычагов влияния
  • 05.08 06:28
  • 0
Комментарий к "Карл Маркс: философия, революции и геополитика — почему его идеи актуальны до сих пор"
  • 05.08 05:06
  • 0
Комментарий к "ПО СУЩЕСТВУ"
  • 05.08 02:36
  • 1
Ответ на вопрос "А стоит ли цитировать маршала Жукова"
  • 05.08 01:47
  • 0
Комментарий к "Рукопись о Баскервилях: деталь, после которой дело Холмса становится другим"
  • 05.08 01:04
  • 0
Комментарий к "Правда ли, что Россия проиграла Первую мировую из-за отсталости? Вся правда о главной военной лжи века"
  • 04.08 22:58
  • 0
Комментарий к "Медленное угасание "коалиции желающих" (The Telegraph UK, Великобритания)"
  • 04.08 20:17
  • 0
Комментарий к "Закладка, определившая эпоху: день рождения двух морских легенд" и "Испытание океаном: история головного эсминца проекта 956, который дал имя серии"
  • 04.08 07:03
  • 1
Китайские ученые сделали ночное видение полноцветным
  • 04.08 04:51
  • 1
Медленное угасание "коалиции желающих" (The Telegraph UK, Великобритания)
  • 04.08 01:30
  • 1
Комментарий к "Голодомор. Ложь и факты"
  • 04.08 01:09
  • 1
Комментарий к "Нравственный вакуум: Может ли атеизм обосновать добро? Христианство как опора человечности"
  • 04.08 00:17
  • 0
Комментарий к "Города-предатели, встречавшие немцев как освободителей"
  • 03.08 23:00
  • 1
Крепко сбитые: как работают мобильные огневые группы на «Тиграх»
  • 03.08 22:59
  • 0
Комментарий к "Почему Красная Армия не смогла прорвать линию Маннергейма три месяца"