Войти

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

1640
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
  • 14.10 19:14
  • 1
Комментарий к "Дискуссия после речи генерала Гринкевича на Варшавском форуме по безопасности (The Guardian, Великобритания)"
  • 14.10 15:35
  • 1
Ту-214 сократят экипаж
  • 14.10 09:38
  • 1
Дискуссия после речи генерала Гринкевича на Варшавском форуме по безопасности (The Guardian, Великобритания)
  • 14.10 07:46
  • 0
Комментарий к "О революции большевиков, танках и любви к Родине"
  • 14.10 01:18
  • 0
Комментарий к "Первый блок транспортного дока "Амур" вывели из цеха"
  • 14.10 00:21
  • 0
Комментарий к "Три признака отступления Америки (The Hill, США)"
  • 13.10 23:49
  • 0
Комментарий к "Танк Т-14 "Армата" сравнили с Ferrari - чем он лучше суперкара"
  • 13.10 22:52
  • 0
Комментарий к "В НАТО заявили, что намеренно скрывают суть последствий применения 5-й статьи"
  • 13.10 21:42
  • 1
Трамп помогает Путину в экономическом противостоянии c Украиной (The New York Times, США)
  • 13.10 17:28
  • 2
Самый мощный в мире пулемет КПВТ для борьбы с дронами получил "Кречет"
  • 13.10 13:44
  • 1
Компактность и точность: За что бойцы хвалят снайперскую винтовку СВДС
  • 13.10 13:20
  • 3
Комментарий к "Объект 292: Т-80 с огромной 152-мм пушкой. Зачем СССР поставил на танк орудие почти от самоходки"
  • 13.10 13:04
  • 1
Эксперт: Минобороны создает военный искусственный интеллект
  • 13.10 00:56
  • 1
Индия предложила план перемирия между Украиной и Россией из трёх пунктов
  • 13.10 00:09
  • 0
Комментарий к "«Рокоссовский спорил со Сталиным». План, спасший тысячи жизней"