驯服硅与下一代微电子的光相互作用

硅光子晶体层

自身模式的硅光子晶体层。信用:Sergey Dyakov,Sergey Tikhodeev,Nikolay Gippius

SKOTTECH研究人员及其同事来自RABACHEVSKY州立大学北诺夫哥罗德,ITMO大学,Lomonosov莫斯科州立大学,和上午,和上午的州大学Prokhorov Generalics Institute已经找到了一种方法来增加硅中的光致发光,在所有现代电子设备的心脏中臭名昭着的发射器和光子的吸收器。这一发现可以铺平光子集成电路,提高它们的性能。本文在期刊上发表激光和光子学评论

半导体技术中的“自然选择”在近80岁上几乎导致硅涌现为芯片的主要材料。大多数数字微电路是使用CMOS技术(CMOS)产生的,其代表互补金属氧化物半导体。然而,制造商已经在途中击中了墙壁,即使进一步提高其性能:由于CMOS电路中的高密度,热释放。

一种潜在的解决方法是通过从微电路中的元件之间的金属连接切换到光学器的金属连接来减少发热:与导体中的电子不同,光子可以以最小的热量损失行进波导的巨型距离。

硅光子晶体层特征模码发射光谱

硅光子晶体层(左),其特征模(中心)及其发射光谱(右)。信用:Sergey Dyakov,Sergey Tikhodeev,Nikolay Gippius

“对CMOS兼容的光子集成电路的过渡还将使得可以显着增加芯片内的信息传输速率以及现代计算机中的各个芯片之间的信息传输速率,使其更快。不幸的是,硅本身弱与光线相互作用:它是一种差的发射器和差的光子吸收差。因此,驯服硅互动有效地互动是一个必不可少的任务,“Sholtech的第一名研究员和本文第一作者的高级研究员。

Dyakov和他的同事们已经设法使用锗量子点和专门设计的光子晶体增强硅基光致发光。它们在连续内基于绑定状态使用了一个谐振器,这是一种由量子力学借来的想法:这些谐振器在它们内部产生有效的光限制,因为谐振器内的电磁场对称不对应于电磁波的对称性周围空间。

它们还选择锗纳米岛作为发光源,这可以嵌入到硅芯片上的所需位置。“在连续体中使用绑定状态增加了发光强度超过百于百倍,”Dyakov说,注意它可以引导我们兼容CMOS兼容的光子集成电路。

“结果开辟了基于硅的高效辐射源的新可能性,内置于具有光学信号处理的现代微电子电路中。目前有很多群体致力于根据这种结构和光电芯片上与其他元素的耦合的原则,“纳米光电理论组的教授在光子学和量子材料中心的耦合原则”Skoltech说。

参考:“SI结构中的持续的光子界定状态与自组装的GE Nanoislands”由Sergey A. Dyakov,Margarita V. Stepikhova,Andrey A. Bogdanov,Alexey V. Novikov,Dmitry V. Yurasov,Mikhail V. Shaleev。,Zakhary F. Krasilnik,Sergei G. Tikhodeev和Nikolay A. Gippius,6月3日,6月3日,激光与光子学评论
DOI:10.1002 / LPOR.202000242

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