Створено кремнієвий нанолазер, який ляже в основі мікропроцесорів наступного покоління

481 Views Comment Off

Лазер – один з найбільш перспективних електронно-оптичних пристроїв, довго залишався компонентом, який не вдавалося виготовити на основі кремнію. Але не так давно група дослідників все ж знайшла спосіб втілення в кремнії крихітного лазера, що відкриває можливості інтеграції фотонних елементів на кремнієві чіпи, що, в свою чергу, дозволить створити фотонні і електронно-фотонні мікропроцесори для комп’ютерів наступних поколінь.

За останні роки вчені розробили цілий ряд видів реалізації крихітних лазерів, які можна інтегрувати на кремнієві чіпи. Але всі ці лазери були виготовлені зі сплаву олова-германію, арсеніду галію та інших з’єднань, що викликає ряд певних труднощів і робить недоцільним процес масового виробництва цих елементів.

Для створення кремнієвого мініатюрного лазера потрібні були зусилля досить численної групи вчених, в яку входили вчені з гонконгського університету Науки і технологій (Hong Kong University of Science and Technology), Каліфорнійського університету в Санта-Барбарі, Національної лабораторії Сандиа і Гарвардського університету. Першим кроком, які зробили вчені, стала методика вирощування кремнію, при якій кількість дефектів в кристалічній решітці цього матеріалу було зведено до мінімуму. Це було досягнуто за рахунок створення на поверхні монокристалічної підкладки кремнієвих наноструктур, процес вирощування яких дозволив мінімізувати кількість дефектів, що, в свою чергу, гарантує надійне утримання електронів в межах створюваних шаблонів квантових точок.

silicon-laser-4

Створені кремнієві нанолазери використовують зараз оптичне накачування – процес, в якому світло застосовується для перекладу електронів з більш низького в більш високий енергетичний стан. І під час зворотного переходу електрона в більш низький стан він випромінює фотон світла з певними характеристиками, а пристрій в цілому діє як мікроскопічний лазер.

Звичайні напівпровідникові лазери, які використовуються в електронній техніці, мають розміри мінімум 1х1 мм. При подальшому зменшенні розмірів кристала лазера в ньому виникають суттєві енергетичні втрати, пов’язані з невідповідністю розмірів кристала (хвилеводу) і довжини хвилі випромінюваного світла. Нові лазери мають розмір близько одного мікрона, вони є меншими за звичайні лазерів в 1000 разів, а їх площа менша від площі звичайних лазерів в мільйон разів. Таке скорочення розмірів лазера стало можливим за рахунок використання так званого ефекту галереї, що шепоче, – ефекту поширення акустичних хвиль уздовж внутрішньої поверхні круглої або сферичної структури. Тільки в даному випадку цей ефект був застосований по відношенню до хвиль світла.

Наступним кроком, який мають намір зробити вчені, стане створення аналогічного лазера з електричним накачуванням. Це дозволить виготовляти чіпи з такими лазерами за допомогою традиційних методів виробництва напівпровідникових чіпів і мікроелектроніки. А це, в свою чергу, дозволить створити швидкодіючі мікропроцесори, всередині яких дані будуть передаватися не за допомогою електричних сигналів, а за допомогою фотонів світла.

... ... .
In : Техно

Related Articles

404