Оптический микропроцессорный чип с поликремнием

Оптический микропроцессорный чип с поликремнием

Два с половиной года назад группа исследователей Массачусетского технологического института, университета Беркли в Калифорнии и университета Бостона объявили новость. Тема новости: изготовление рабочего микропроцессора с интегрированными электронными и оптическими компонентами в одном чипе. Однако новая технология требовала использования старых электрических компонентов, построенных на основе традиционного кремния. В этом случае кремниевый слой виделся достаточно толстым для оптики. И вот, последний выпуск журнала «Nature» сообщил о прорыве: о технологии сборки встроенной оптики и электроники раздельно.

Фотоны и электроны на одном чипе

Переход от электрической связи к оптической связи привлекателен для производителей микросхем, поскольку такой переход существенно влияет на скорость работы микропроцессорных чипов и снижение энергопотребления.

Значимость технологии очевидна, поскольку количество транзисторов в современных микросхемах продолжает неуклонно наращиваться. Ассоциация производителей полупроводников оценила:

При текущих темпах роста, энергетическая потребность компьютеров уже к 2040 году превысит общий объём мирового производства электроэнергии.

Интеграция оптических (фотонных) и электронных компонентов на одном чипе обещает способствовать снижению потребления энергии.

Однако те оптические коммуникационные устройства, что сегодня присутствуют на рынке, потребляют много энергии и генерируют много тепла.

Коммерческие модуляторы в среднем потребляют 10-100 кратно больше мощности, чем этого требуют расчётные данные. Естественным моментом на фоне расчётных требований стоит момент разработки новых технологий. И вот – случилось!

Осаждение поликремния с вариациями

Разработан чип нового поколения. В дополнение к массе транзисторов, призванных выполнять сложные математические вычисления, новый чип содержит все компоненты, необходимые для организации оптической связи.

Имеются в виду модуляторы и волноводы, которыми свет направляется через структуру чипа. Резонаторы выделяют разные длины волн света и таким образом передают разные данные.

Фотодетекторы обрабатывают поступающие световые сигналы и трансформируют их обратно в электрические сигналы. Кремний, являющийся основой большинства современных компьютерных чипов, накладывается поверх слоя стекла.

Так сохраняются полезные свойства оптических компонентов. Разница между показателями преломления кремния и стекла – это степень излучения двух материалов, ограничивающая свет кремниевых оптических компонентов.

Более ранние работы по интегрированной фотонике включали процесс, называемый пластинчатым склеиванием. Технология предусматривала объединение одного большого кристалла кремния и слоя стекла, нанесенного на отдельный чип.

Новая работа, позволяющая прямое осаждение кремния (независимо от толщины материала) поверх стекла, обещает претворить в жизнь так называемый поликремний, который будет состоять из множества мелких кристаллов кремния.

Монокристаллический кремний полезен как для оптики, так и для электроники, но в случае с поликремнием существует компромисс между оптическим и электрическим КПД.

Многокристаллический поликремний эффективен для электропроводимости, но крупные кристаллы имеют тенденцию рассеивать свет, снижая оптическую эффективность. Малокристаллический поликремний рассеивает свет меньше, но видится менее эффективным проводником.

Исходя из этих принципов, исследователями были опробованы целый ряд рецептов по осаждению поликремния, с вариациями типа используемого кремнезема, температур и времени обработки. Так удалось найти оптимальный вариант соотношения электронных и оптических свойств.


Источник для материала: Массачусетский технологический институт


Добавить комментарий

Внимание: Спам не пройдёт. Работает фильтрация комментариев. *