Loading...

Ученые усилили свечение кремния для использования в микроэлектронике
Ella Marushchenko

Российские ученые нашли способ увеличить яркость фотолюминесценции в кремнии, основном материале современной электроники, который плохо справляется с задачами излучения и поглощения фотонов. Результаты работы могут быть использованы для создания более эффективных фотонных интегральных схем. Статья опубликована в журнале Laser and Photonics Reviews.

Кремний — основной материал микросхем. Большинство современных цифровых микросхем изготавливается по технологии КМОП — комплементарная металл-оксид-полупроводник структура. Однако из-за большой плотности элементов в современных КМОП-схемах основным препятствием для увеличения их производительности становится большое тепловыделение. Один из возможных способов его уменьшения — переход от металлических связей между элементами в микросхемах к оптическим, так как фотоны способны перемещаться на огромные расстояния с минимальными потерями тепла. Переход на КМОП-совместимые оптоэлектронные интегральные схемы также позволит повысить скорость передачи информации внутри чипа и между отдельными чипами в современных компьютерах. Однако кремний слабо взаимодействует со светом: он плохой излучатель и поглотитель фотонов.

Коллективу российских ученых под руководством исследователей Сколтеха удалось увеличить яркость излучения кремния при помощи внедрения в структуру германиевых наноточек и изготовленного на его поверхности фотонного кристалла. Ученые использовали резонатор на основе связанных состояний в континууме — идея, заимствованная 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, внедренные в необходимое место на кремниевом чипе. Использование связанных состояний в континууме усилило интенсивность свечения более чем в сто раз. Результаты работы открывают пути для перехода к КМОП-совместимым оптоэлектронным интегральным схемам и предоставляют возможности для создания эффективных источников излучения на кремнии, встраиваемых в схемы с оптической обработкой сигнала.