Генератор света на кремнии — телевизор в миниатюре
Опубликовал: Andrew | рубрики: Наука и техника |
Кремний, на базе которого строятся современные полупроводниковые приборы, и в том числе — интегральные схемы (ИС), интенсивно поглощает свет в оптическом диапазоне, что, к слову, легло в свое время в основу сенсоров изображения Foveon X3.
При определенных условиях кремний может свет излучать — это происходит на переходе между двумя полупроводящими областями с разными типами носителя заряд и используется в светодиодах и светодиодных лазерах.
Для того, чтобы обеспечить генерацию света в удобном для использования диапазоне или увеличить мощность излучения, ряд исследователей ведет напряженную работу в направлении изменения свойств запрещенной зоны (характерной только для полупроводников) и применения квантовых точек — наноразмерных пространственных неоднородностей. Однако, Applied Plasmonics для генерации света предлагает использовать в корне иной подход: сфокусированный пучок электронов и массив наноантенн, что, по словам разработчиков, позволяет генерировать свет произвольной длины волны, а это может быть незаменимо в ряде научных и коммерческих применений — например, такой источник света можно использовать для передачи частотно-модулированного оптического сигнала.
Свой подход Applied Plasmonics называет «распространением плазмонных волн»: пучок электронов распространяется вдоль поверхности кремниевого кристалла, ускоряемый создаваемым массивом наноэлектродов полем. Электроды питаются высоким напряжением, кроме того, на поверхности находятся наноантенны с подобранными длиной и высотой (но сообщается, что созданы они с помощью стандартных литографических методов). Когда пучок электронов проходит над такой антенной, на её поверхности создается плазма, способная излучать фотоны.
Пожалуй, наиболее эффектно новую разработку можно сравнить с электронно-лучевой трубкой: роль материала, в котором распространяются электроны, играет кристаллический кремний (причем без каких-либо легирующих добавок), роль системы катод-анод — ускоряющие наноэлектроды, между которыми прикладывается разность потенциалов около 20 кВ. Наноантенны в такой схеме можно сравнить с серией отклоняющих/управляющих электродов.
Придавая различную форму наноантеннам, можно добиться свечения символов (по аналогии с вакуумными символьными дисплеями) или отдельных точек, которые можно использовать для оптической связи двух близлежащих кремниевых чипов. Направляя электронный пучок по одному или другому пути, можно генерировать свет разной длины волны. Также можно добиться излучения света, по спектральным характеристикам идентичного солнечному, а эффективность излучения будет определяться эффективностью взаимодействия электронных пучков с наноантенными. Да и сами электронные пучки можно использовать для чего-нибудь полезного, но для чего именно — над этим разработчики Applied Plasmonics пока не думали. В общем-то, им, наверное, было и не до того.
Наноантенны создаются на основе единичного металлического слоя (серебра), периодичность определяет длину волны генерируемых фотонов. Высота антенн составляет 100 нм, период — от 155 до 250 нм (могут создаваться литографическими инструментами, предназначенными для 90-нм и 65-нм производства). Длина каждой антенны — от 60 до 180 нм, толщина — 30 нм. Длина массива достигает нескольких микрон, ускоряющих электродов — достаточно двух.
Возможно создание нескольких массивов наноантенн, «настроенных» на разные длины волн, на одной подложке. Роль подложки могут выполнять любые кремниевые кристаллы, в том числе КМОП ИС высокой степени интеграции, которым, таким образом, предоставляется дополнительная плоскость для размещения оптических портов ввода/вывода.
Как сообщает источник, что эксперимент Applied Plasmonics был повторен в Университете штата Флорида, где подтвердилось излучение света и возможность управления длиной волны.
