Onderzoekers temmen silicium voor interactie met licht voor micro-elektronica van de volgende generatie

Home > Media > Onderzoekers temmen silicium om te interageren met licht voor micro-elektronica van de volgende generatie

Eigen modus van de silicium fotonische kristallaag. KREDIETEN Sergey Dyakov, Sergey Tikhodeev, Nikolay Gippius

Eigen modus van de silicium fotonische kristallaag. CREDIT
Sergej Dyakov, Sergej Tichodejev, Nikolaj Gippius

Abstract:
Skoltech-onderzoekers en hun collega's van het RAS Institute for Physics of Microstructures, Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod, ITMO University, Lomonosov Moscow State University en AM Prokhorov General Physics Institute hebben een manier gevonden om de fotoluminescentie in silicium te verhogen, de notoir slechte emitter en absorber van fotonen in het hart van alle moderne elektronica. Deze ontdekking kan de weg vrijmaken voor fotonische geïntegreerde schakelingen, waardoor hun prestaties worden verbeterd. Het artikel werd gepubliceerd in het tijdschrift Laser and Photonics Reviews.

Onderzoekers temmen silicium om te interageren met licht voor micro-elektronica van de volgende generatie

Moskou, Rusland | Geplaatst op 11 juni 2021

"Natuurlijke selectie" in de halfgeleidertechnologie gedurende bijna 80 jaar heeft ertoe geleid dat silicium het belangrijkste materiaal voor chips is geworden. De meeste digitale microschakelingen worden gemaakt met behulp van CMOS-technologie (CMOS), wat staat voor complementaire metaaloxide-halfgeleider. Toch zijn fabrikanten tegen een muur aangelopen om hun prestaties nog verder te verbeteren: warmteafgifte door de hoge dichtheid van elementen in CMOS-circuits.

Een mogelijke oplossing is het verminderen van de warmteontwikkeling door over te schakelen van metalen verbindingen tussen elementen in microschakelingen naar optische: in tegenstelling tot elektronen in geleiders kunnen fotonen enorme afstanden afleggen in golfstromen met minimale warmteverliezen.

“De overgang naar CMOS-compatibele fotonische geïntegreerde schakelingen zal het ook mogelijk maken om de informatieoverdrachtsnelheid binnen een chip en tussen individuele chips in moderne computers aanzienlijk te verhogen, waardoor ze sneller worden. Helaas heeft silicium zelf een zwakke wisselwerking met licht: het is een slechte emitter en een slechte absorber van fotonen. Daarom is het temmen van silicium om effectief te interageren met licht een essentiële taak", zegt Sergey Dyakov, senior onderzoeker bij Skoltech en de eerste auteur van het artikel.

Dyakov en zijn collega's zijn erin geslaagd om op silicium gebaseerde fotoluminescentie te verbeteren met behulp van germanium-kwantumdots en een speciaal ontworpen fotonisch kristal. Ze gebruikten een resonator op basis van gebonden toestanden in het continuüm, een idee ontleend aan de kwantummechanica: deze resonatoren creëren een effectieve opsluiting van licht binnenin hen, aangezien de symmetrie van het elektromagnetische veld in de resonator niet overeenkomt met de symmetrie van de elektromagnetische golven van de omringende ruimte.

Ze kozen ook voor germanium-nano-eilanden als een bron van luminescentie, die op de gewenste plaats op een siliciumchip kan worden ingebed. "Het gebruik van gebonden toestanden in het continuüm verhoogde de luminescentie-intensiteit met meer dan honderd keer", zegt Dyakov, en merkt op dat het ons kan leiden naar CMOS-compatibele fotonische geïntegreerde schakelingen.

“De resultaten openen nieuwe mogelijkheden voor het creëren van efficiënte stralingsbronnen op basis van silicium, ingebouwd in de circuits van moderne micro-elektronica met optische signaalverwerking. Er zijn momenteel veel groepen bezig met het maken van lichtemitterende diodes op basis van dergelijke structuren en de principes van hun koppeling met andere elementen op een opto-elektronische chip, "professor Nikolay Gippius, hoofd van de groep Nanophotonics Theory bij het Center of Photonics and Quantum Materials bij zegt Skoltech.

####

Voor meer informatie, klik hier

Kontakte:
Iljana Zolotareva
897-777-14699

Als u een opmerking heeft, alstublieft Neem contact op met ons op.

Uitgevers van nieuwsberichten, niet 7th Wave, Inc. of Nanotechnology Now, zijn zelf verantwoordelijk voor de juistheid van de inhoud.

Bladwijzer: