Skoltech-onderzoekers en hun collega's van het RAS Institute for Physics of Microstructures, Lobachevsky Staatsuniversiteit van Nizjni Novgorod, ITMO-universiteit, Lomonosov Moskou Staatsuniversiteit, en ben. Prokhorov General Physics Institute heeft een manier gevonden om 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, hun prestaties verbeteren. Het artikel is gepubliceerd in het tijdschrift Laser- en fotonica-beoordelingen .

"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, fotonen kunnen 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. Helaas, silicium zelf heeft een zwakke wisselwerking met licht:het is een slechte emitter en een slechte absorber van fotonen. Daarom, het temmen van silicium om effectief te interageren met licht is een essentiële taak, "Sergey Djakov, senior onderzoeker bij Skoltech en de eerste auteur van het artikel, zegt.

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 gebaseerd op 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 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 intensiteit van de luminescentie met meer dan honderd keer, "Dyakov zegt, opmerkend 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 light-emitting diodes op basis van dergelijke structuren en de principes van hun koppeling met andere elementen op een opto-elektronische chip, "Professor Nikolaj Gippius, hoofd van de Nanophotonics Theory group bij het Center of Photonics and Quantum Materials bij Skoltech, zegt.