Ученые МГУ совместно с коллегами из РАН и других российских институтов предложили для создания источников излучения на германиевых квантовых точках в кремнии использовать высокодобротные резонансы электромагнитного поля в двумерных фотонных кристаллах. Новый метод оказаться перспективным для создания оптоэлектронных интегральных схем в будущем. Результаты исследования опубликованы в журнале Laser & Photonics Reviews.
Большинство современных цифровых микросхем сегодня изготавливается на основе кремния по технологии КМОП (CMOS) – комплементарная металл-оксид-полупроводник структура (англ. – complementary metal-oxide-semiconductor). Из-за большой плотности элементов в таких схемах основным препятствием для увеличения их производимости стало большое в них тепловыделение. Уменьшить тепловыделение можно, перейдя от омических (через металлические контакты) связей между элементами в микросхемах к оптическим.
«К сожалению, сам по себе кремний слабо взаимодействует со светом: он плохой излучатель и поглотитель фотонов. Или, пожалуй, к счастью. Иначе наши компьютеры и мобильные телефоны скорее бы светились, чем работали. Однако "научить" кремниевые микросхемы все-таки эффективно взаимодействовать со светом – чрезвычайно важная задача. Мы с коллегами решили эту задачу с помощью внедренных в кремниевую структуру германиевых наноточек, изготовив на ее поверхности специально рассчитанный фотонно-кристаллический слой с усиливающими излучение фотонными резонансами особого типа – так называемыми связанными состояниями в континууме», – объяснил один из соавторов работы, профессор физического факультета МГУ Сергей Тиходеев.
Ученые описали наблюдаемые пики фотолюминесценции и их симметрию в терминах представлений точечной группы и объяснили, почему различные связанные состояния в континууме видны в спектрах фотолюминесценции в форме пиков, хотя широко распространено мнение, что они должны быть оптически неактивными.
Авторы работы также теоретически смоделировали спектральные особенности, рассчитав диаграммы направленности излучательной эффективности с использованием Фурье-модального метода в форме матрицы рассеяния и продемонстрировали появление связанных состояний в континууме в структуре за счет деструктивной интерференции двух мод.
Соавторы работы: Дьяков Сергей и Гиппиус Николай (Сколтех); Новиков Алексей и Красильник Захарий (ИФМ РАН и ННГУ); Степихова Маргарита, Юрасов Дмитрий и Шалеев Михаил (ИФМ РАН); Богданов Андрей (университет ИТМО); Тиходеев Сергей (МГУ и ИОФ РАН).
