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為光子集成電路鋪平道路 科學(xué)家發(fā)現(xiàn)提高硅光致發(fā)光方法

2021-06-13 19:35  來源:cnBeta.COM  瀏覽:  

近日,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了能提高硅光致發(fā)光(PL)的方法。硅是所有現(xiàn)代電子產(chǎn)品的核心,同時(shí)它在光子發(fā)射器和吸收器上的表現(xiàn)非常糟糕。而科學(xué)家的這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)可能為光子集成電路鋪平道路,提升其性能。這篇論文發(fā)表在《Laser and Photonics Reviews》雜志上。

Skolkovo 科學(xué)技術(shù)研究所的研究人員,同俄羅斯科學(xué)院微結(jié)構(gòu)物理研究所、下諾夫哥羅德羅巴切夫斯基國(guó)立大學(xué)、ITMO 大學(xué)、莫斯科國(guó)立羅蒙諾索夫大學(xué)和 A.M. Prokhorov 普通物理研究所的研究人員共同合作,發(fā)現(xiàn)了這個(gè)新突破。

在近 80 年來,半導(dǎo)體技術(shù)的“自然選擇”導(dǎo)致硅成為了芯片的主要材料。大多數(shù)數(shù)字微電路是使用互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體技術(shù)(CMOS)創(chuàng)建的。但制造商在進(jìn)一步提高其性能的道路上遇到了一堵墻:由于 CMOS 電路中元素的高密度而導(dǎo)致的熱量釋放。

一個(gè)潛在的解決方法是通過將微電路中元素之間的金屬連接換成光學(xué)連接來減少熱量的產(chǎn)生:與導(dǎo)體中的電子不同,光子可以在波導(dǎo)中以最小的熱損失進(jìn)行巨大的距離傳播。

來自 Skolkovo 的高級(jí)研究員、該論文的第一作者 Sergey Dyakov 表示:“向 CMOS 兼容的光子集成電路的過渡也將使現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中的芯片內(nèi)和單個(gè)芯片之間的信息傳輸率大幅提高,使其速度更快。不幸的是,硅本身與光的相互作用很弱:它是一個(gè)可憐的光子發(fā)射器和一個(gè)可憐的吸收器。因此,馴服硅以有效地與光互動(dòng)是一項(xiàng)重要的任務(wù)”。

Dyakov 和他的同事們已經(jīng)成功地使用鍺量子點(diǎn)和一種特殊設(shè)計(jì)的光子晶體來增強(qiáng)硅基光致發(fā)光。他們使用了一種基于連續(xù)體中束縛態(tài)的諧振器,這是一個(gè)從量子力學(xué)中借用的想法:這些諧振器在其內(nèi)部對(duì)光產(chǎn)生了有效的限制,因?yàn)橹C振器內(nèi)部的電磁場(chǎng)的對(duì)稱性與周圍空間的電磁波的對(duì)稱性不相符合。

他們還選擇了鍺納米片作為發(fā)光源,它可以被嵌入到硅芯片上所需的地方。"使用連續(xù)體中的束縛態(tài)使發(fā)光強(qiáng)度增加了一百多倍,"Dyakov說,并指出它可以使我們獲得兼容CMOS的光子集成電路。

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