Нельзя не признать, что микроэлектроника является одним из китов, на которых сегодня стоит наша цивилизация. В свою очередь в основе микроэлектроники лежит использование полупроводников, свойства которых и позволяют делать логические схемы все меньше и меньше. Сейчас микросхемы настолько уменьшились и усложнились, что большое значение приобрела проблема выделение тепла, возникающего в результате сопротивления, которое испытывают электроны при прохождении через металлические дорожки, соединяющие транзисторы в схеме. Такое выделение тепла мало того, что означает напрасную потерю энергии, оно еще оказывает и отрицательное воздействие на микросхему, в которой нагрев ведет к уменьшению надежности полупроводниковых элементов.
Решением этой проблемы может стать передача сигналов с помощью излучения, фотонов, вместо электрического тока из электронов. В отличие от электронов у фотонов нет массы и электрического заряда, а значит, они будут меньше взаимодействовать с кристаллической решеткой материала, через который проходят. Следовательно, тепло не будет напрасно выделяться и потребление энергии микросхемами снизится. При этом есть дополнительный бонус – оптическая связь позволяет повысить скорость обмена данными внутри микросхемы и между микросхемами в 1000 раз.
Для современного мира актуальность такого улучшения невозможно преуменьшить с учетом количества гаджетов и обилия цифровой инфраструктуры вокруг нас. Множество технологий получать толчок, начиная от дата-центров с увеличенной скоростью обработки информации и сниженным энергопотреблением до лазерных автомобильных радаров с автоматическим управлением в реальном времени и таких же быстрых медицинских диагностических сенсоров.
До последнего времени основной трудностью здесь было создание подходящего полупроводникового источника фотонов. Основным полупроводниковым материалом в микроэлектронике является кремний, который практически невозможно использовать при создании источника фотонов, лазера. Поэтому традиционный путь подразумевал исследования других полупроводниковых материалов, более сложных и дорогих, таких как арсенид галлия или фосфид индия. Такие полупроводники позволяют легко создать лазер, но и их трудно интегрировать в существующие кремниевые микрочипы.
Проблема с лазером на основе кремния в первую очередь связана с его типом кристаллической решетки. Если бы удалось синтезировать материал на основе кремния, у которого решетка обеспечивала бы прямую запрещенную зону, то такой материал был бы пригоден для создания лазера. Для этого его решетка должна быть гексагонального типа. И такой решеткой некоторые соединения с кремнием обладают. Например, легированный германием кремний, который использовала группа ученых из Технологического университетов Эйндховена, Йены, Линца и Мюнхена при синтезе нового материала, подходящего для создания кремний-совместимого лазера.
Вырастить гексагональную кремниевую структуру совсем непросто. В начали ученым пришлось вырастить нанопроволоку из материала с гексагональной кристаллической решеткой. На следующем шаге вокруг этой проволоки вырастили кремниево-германиевую оболочку, причем атомы кремния занимали положения так, чтобы соответствовать матрице атомов проволоки. В результате кремний также образовал гексагональную структуру.
Дальнейшие действия команды очевидны. Сейчас ученые тестируют свойства нового материала и думают, как на его основе создать кремний-совместимый лазер. Если лазер у них получится, то микроэлектронику ждут серьезные положительные изменения.
Мне важно Ваше мнение. Если нравится, ставьте лайк, подписывайтесь.