Сегодня 01 октября 2016
18+
Новости Hardware

Разработка учёных ускорит переход к кремниевой фотонике

Следующим важным этапом на пути развития электроники обещает стать переход к кремниевой фотонике, когда медные проводники во внутричиповых интерфейсах уступят место оптическим каналам связи. Для этого будут использоваться полупроводниковые лазеры в инфракрасном диапазоне, благо для инфракрасного излучения полупроводник прозрачен. Попросту говоря, для прокладки оптических каналов связи внутри процессора не нужно будет изобретать чего-то особенного. Традиционный техпроцесс CMOS для этого годится на все сто процентов. Переход на «оптику» снизит потребление процессоров (и уменьшит объёмы рассеиваемого ими тепла), а также ускорит обмен данными. Проблема кроется в другом — научиться выпускать полупроводниковые лазеры в ходе обычных циклов производства полупроводников на кремниевой пластине.

Сегодня наиболее перспективными для интеграции в чипы считаются полупроводниковые лазеры на квантовых точках (quantum dot laser). Такие лазеры в качестве активной среды в излучающей области используют квантовые точки. Удобство данных структур в том, что в зависимости от выбора размеров квантовой точки можно выбирать длину волны лазера и, тем самым, обеспечить уплотнение каналов передачи данных. Также лазеры на квантовых точках способны работать в расширенном диапазоне температур без ухудшения рабочих характеристик.

Общий принцип работы и строение полупроводникового лазера на квантовых точках (jqi.umd.edu)

Общий принцип работы и строение полупроводникового лазера на квантовых точках (jqi.umd.edu)

В качестве материалов для лазеров на квантовых точках принято использовать комбинации материалов из III-V групп периодической таблицы Менделеева. Это арсенид индия и арсенид галлия (InAs/GaAs). Сложным моментом в производстве подобных лазеров являлось то, что в области контакта выращиваемого лазера и кремния (в качестве подложки) возникает много дефектов. Дефекты значительно сокращают срок службы лазера и являются препятствием для внедрения технологии в массовое производство. Этот барьер, как недавно сообщила группа британских учёных, можно преодолеть с помощью специально разработанного зародышевого слоя (nucleation layer), нанесённого на кремниевую подложку для выращивания на нём полупроводникового лазера.

Изображение слоёв подложек и лазера под электронным микроскопом (UCL Electronic & Electrical Engineering)

Изображение слоёв подложек и лазера под электронным микроскопом (UCL Electronic & Electrical Engineering)

Отметим, подобный подход и материалы используются во всех лабораториях мира, работающих над проблемами производства полупроводниковых лазеров. Уникальность же нового подхода в том, что впервые получен очень интересный результат. Выпущенный с использованием новых методик 1,3 мкм (1300 нм) лазер на мощности излучения 105 мВт показал свыше 100 000 часов наработки на отказ (использовалось ускоренное старение — работа на запредельных мощностях). Это больше 10 лет эксплуатации, что соответствует обычному в телекоммуникациях времени использования оборудования до модернизации.

Изображение бездефектных слоёв в сканирующем микроскопе (UCL Electronic & Electrical Engineering)

Изображение бездефектных слоёв в сканирующем микроскопе (UCL Electronic & Electrical Engineering)

Добавим, в ходе экспериментов лазер нагревался до 120 градусов по Цельсию и оставался работоспособным. На новом этапе разработки учёные будут пытаться выращивать лазеры с разной длиной волны и изучать возможность их интеграции в полупроводниковые цепи.

Источник:

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.