Российские ученые разработали новый материал для устройств нанофотоники
Развитие современных систем скоростной оптической связи и вычислительных систем направлено на снижение размера и энергопотребления оптических интегральных схем. Существенная проблема, связанная с решением этой задачи – несовместимость материалов и технологий, применяемых для создания источников светового излучения, с кремниевыми схемами регистрации и обработки сигналов. Чтобы обеспечить повышенную скорость передачи данных, необходимо разработать новые типы полупроводниковых материалов, перспективных для внедрения в массовое производство оптоэлектронных компонентов. совместное исследование ученых Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН (ИФП СО РАН) и Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» направлено на решение вышеописанной проблемы. Подробности работы опубликованы в высокорейтинговом научном журнале Materials Today Physics. Об этом сообщили пресс-службы ИФП СО РАН и СПбГЭТУ «ЛЭТИ».
«Мы работаем над созданием новых полупроводниковых наноструктур на базе материалов IV группы для фотоприемников и излучателей ИК-спектра. Их особенностью является принципиальная совместимость с современной технологией массового производства электронных компонентов на основе кремния. Такая совместимость достигается благодаря использованию для создания наноструктур германия и олова – химических элементов из той же группы таблицы Менделеева, что и кремний», – рассказал доцент кафедры микро- и наноэлектроники СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Д.Д. Фирсов.
Получением нового материала на основе германий-кремний-олова (Ge-Si-Sn) занимались ученые ИФП СО РАН. В основу структуры они положили недорогую кремниевую подложку. На ней ученые вырастили кристаллические слои из олова, кремния и германия, которые разделили кремниевыми барьерами. Так получился материал GeSiSn/Si. Для достижения характеристик устройств, удовлетворяющих современным требованиям, необходимо создание новых подходов и технологий, которые повысят эффективность взаимодействия света с веществом.
«Перспективное решение этой проблемы – интеграция новых материалов на основе Ge-Si-Sn с искусственными электромагнитными средами. С этой целью мы разработали фотонные кристаллы, представляющие собой периодически расположенные массивы цилиндрических отверстий, сопряженных с гетероструктурами GeSiSn/Si. Массив цилиндрических отверстий формировался методом электронно-лучевой литографии. Фотонный кристалл – это искусственно созданная, пространственно упорядоченная среда, в которой коэффициент преломления меняется в масштабах, сопоставимыми с длинами волн излучения. Другими словами, фотонный кристалл пропускает или отражает фотоны с определенными энергиями, выступает своеобразным фильтром для фотонов разной энергии», – объяснил старший научный сотрудник ИФП СО РАН кандидат физико-математических наук В.А. Тимофеев.
Полученные наноструктуры передали в СПбГЭТУ «ЛЭТИ» для детального изучения параметров полупроводниковых материалов и возможных структурных дефектов. В измерениях использовался метод инфракрасной спектроскопии с помощью специального оборудования (фурье-спектрометра). Применение фотонно-кристаллических структур позволило многократно усилить сигнал светоизлучающих и фотоприемных структур в инфракрасном диапазоне спектра, недоступном для традиционной кремниевой оптоэлектроники.
«Благодаря новому классу материалов Ge-Si-Sn будет расширен рабочий спектральный диапазон устройств нанофотоники, в том числе элементов интегральной фотоники, систем полностью оптической обработки информации и волоконно-оптических линий связи нового поколения», – сообщил Д.Д. Фирсов.
На фото: Дмитрий Фирсов. Фото предоставлено пресс-службой СПбГЭТУ «ЛЭТИ»