Оптоэлектронику научились встраивать в стандартные кремниевые чипы

Дителлурид молибдена оказался материалом, хорошо подходящим для создания оптоэлектронных чипов. На основе этого материала группа ученых из США, Испании и Японии разработала передатчик и приемник светового сигнала, которые относительно легко интегрировать в кремниевую электронику с помощью существующих технологий производства. Статья опубликована в журнале Nature Nanotechnology.

Практически во всей существующей электронике для передачи сигнала между компонентами и внутри них используются электропроводящие соединения и передаваемые по ним электрические сигналы, а оптическая передача данных применяется на относительно больших расстояниях. Но из-за постоянной миниатюризации, а также уплотнения транзисторов и других элементов микросхем, в них возникают нежелательные электрические явления, например, паразитная емкость. В результате их энергопотребление может возрастать, а время распространения сигнала падать. Это заставляет исследователей разрабатывать новые способы передачи данных между компонентами, и в качестве наиболее перспективного рассматривается оптическая передача. Она позволяет избежать этих эффектов, а также посылать одновременно множество сигналов, а не использовать временное мультиплексирование.

Зачастую в разрабатываемых фотонных чипах используется гибридная схема, при которой вычисления происходят с помощью электронных компонентов чипа, а передача данных между ними — с помощью света. Для этого на чипах создаются миниатюрные источники и приемники света. Несмотря на то, что в этой сфере уже есть некоторые прототипы, из-за плохой совместимости материалов процесс интеграции этих оптоэлектронных компонентов в кремниевую электронику довольно сложен.

Исследователи предложили использовать в качестве материала таких компонентов двухслойный дителлурид молибдена. Этот материал можно относительно легко размещать на кремниевой подложке с помощью химического осаждения из газовой фазы. Также он был покрыт слоем гексагонального нитрида бора, который служил разделителем между дителлуридом молибдена и графеном. Таким образом ученые получили p-n переход, который, в зависимости от приложенного напряжения, может работать в качестве излучателя или фотодетектора. Что важно, он излучает не в видимом диапазоне, который может поглощаться кремнием, а в инфракрасном. По мнению авторов, их метод может помочь в разработке кремниевых чипов с оптоэлектроникой, причем для их производства достаточно уже существующих технологий.

В конце 2015 года американские инженеры представили прототип оптоэлектронного процессора. В этом случае они тоже использовали гибридную оптоэлектронную схему. А недавно австралийские исследователи разработали необычную схему кратковременной памяти в фотонных компьютерах. Для этого они предложили преобразовывать свет в акустические колебания, скорость распространения которых на несколько порядков меньше, чем у света, а затем проводить обратное преобразование в световой сигнал.

Григорий Копиев