| www.ecnmag.com

Удалось создать лазер интегрированный в кремниевый чип благодаря использованию нанопроводов

Gallium-arsenide nanowires are on a silicon surface. (Credit: Thomas Stettner/Philipp Zimmermann / TUM)

Gallium-arsenide nanowires are on a silicon surface. (Credit: Thomas Stettner/Philipp Zimmermann / TUM)

Физики из Мюнхенского Технического университета  разработали конструкцию нано-лазера, размеры которого в тысячу раз тоньше человеческого волоса. Предложенный ими экономичный технологический процесс, обеспечивает рост нано-проводов прямо на кремниевом чипе и делает возможным производство  высокопроизводительных  оптоэлектронных  компонентов вычислительной техники. Это позволяет совершить качественный  скачек в сфере миниатюризации приборов  для быстрой и эффективной обработки информации.

Дело в том, что на сегодняшний день современная электроника  практически подошла к своему пределу миниатюризации, что обусловлено ограничениями, накладываемых не столько  технологией, сколько  физическими законами. И для того, чтоб преодолеть этот барьер, необходимо принципиально новое решение  в конструировании вычислительной техники. Одним из новых направлений является внедрение оптоэлектроники для создания элементов памяти и вычислительных процессоров.

"Дальнейшее повышение эффективности вычислений возможно лишь путем замены электронных цепей оптическими." -говорит профессор Джонатан Финли, директор Института Шоттки.

На самом деле, кремниевые оптоэлектронные чипы уже существуют. Однако, в них используется  внешний источник света, что усложняет производственный процесс при массовом производстве приборов. Поэтому, во всем мире идет поиск возможности интеграции источника света непосредственно в кремниевый чип.

Ученые Мюнхена значительно продвинулись в этом направлении. Они разработали процесс депонирования нано-лазеров непосредственно на кремниевых чипах. Патент на эту технологию находится в стадии оформления.

Суть изобретения состоит в следующем. Выращивание  полупроводников A3-B5 на кремнии довольно сложная процедура из-за различных с кремнием параметров  решетки и коэффициента  теплового расширения. Так, обычный планарный  рост слоя  арсенида галлия на поверхности кремния приводит к большому количеству дефектов. Поэтому, ученые предложили оригинальный метод выращивания  на поверхности кремниевой пластины столбчатой структуры  GaAs, типа "проволока", которая имеет минимальную площадь сопряжение с кремнием, что  значительно снижает вероятность появления дефектов.

Но как же создать лазер  с вертикальным резонатором  из  такой "нанопроволоки"? Для генерации когерентного пучка света, фотоны должны отражаться в верхних и нижних концах  кристалла, тем самым накачивая световую энергию, пока не будет достигнут порог генерации. Для выполнения этих условий, исследователи должны были решить проблему, состоящую в том, что поверхность сопряжения  между арсенидом галлия и кремнием  плохо отражает свет. Ученым пришлось нанести промежуточный слой оксида  кремния (200 нанометров). 

Для точного  позиционирования нано-лазеров использовалась крошечная графическая разметка на слое оксида кремния, которая инициировала вертикальный  рост кристаллов арсенида галлия в строго-заданных местах.

В настоящее время, такие "нано-проволочные" арсенид-галлиевые  лазеры генерируют инфракрасный свет с заданной длиной волны и при импульсном возбуждении. В будущем исследователи хотят изменить длину волны излучения и других параметров лазера  с целью улучшения температурной стабильности прибора и его лучшего управления, а также сделать возможной  генерацию света при непрерывном возбуждении в кремниевых чипах.

Работа ученых является важной предпосылкой для развития оптических компонентов  будущих высокопроизводительных  компьютеров. Она смогла продемонстрировать возможность интеграции лазеров непосредственно в кремниевый чип.

Рекомендувати цей матеріал
X




забув пароль

реєстрація

X

X

надіслати мені новий пароль