为光子集成电路铺平道路 科学家发现提高硅光致发光方法

近日，科学家发现了能提高硅光致发光（PL）的方法。 硅是所有现代电子产品的核心，同时它在光子发射器和吸收器上的表现非常糟糕。而科学家的这项发现可能为光子集成电路铺平道路，提升其性能。 这篇论文发表在《Laser and Photonics Reviews》杂志上。

Skolkovo 科学技术研究所的研究人员，同俄罗斯科学院微结构物理研究所、下诺夫哥罗德罗巴切夫斯基国立大学、ITMO 大学、莫斯科国立罗蒙诺索夫大学和 A.M. Prokhorov 普通物理研究所的研究人员共同合作，发现了这个新突破。

在近 80 年来，半导体技术的“自然选择”导致硅成为了芯片的主要材料。大多数数字微电路是使用互补金属氧化物半导体技术（CMOS）创建的。但制造商在进一步提高其性能的道路上遇到了一堵墙：由于 CMOS 电路中元素的高密度而导致的热量释放。

一个潜在的解决方法是通过将微电路中元素之间的金属连接换成光学连接来减少热量的产生：与导体中的电子不同，光子可以在波导中以最小的热损失进行巨大的距离传播。

来自 Skolkovo 的高级研究员、该论文的第一作者 Sergey Dyakov 表示：“向 CMOS 兼容的光子集成电路的过渡也将使现代计算机中的芯片内和单个芯片之间的信息传输率大幅提高，使其速度更快。不幸的是，硅本身与光的相互作用很弱：它是一个可怜的光子发射器和一个可怜的吸收器。因此，驯服硅以有效地与光互动是一项重要的任务”。

Dyakov 和他的同事们已经成功地使用锗量子点和一种特殊设计的光子晶体来增强硅基光致发光。他们使用了一种基于连续体中束缚态的谐振器，这是一个从量子力学中借用的想法：这些谐振器在其内部对光产生了有效的限制，因为谐振器内部的电磁场的对称性与周围空间的电磁波的对称性不相符合。

他们还选择了锗纳米片作为发光源，它可以被嵌入到硅芯片上所需的地方。“使用连续体中的束缚态使发光强度增加了一百多倍，“Dyakov说，并指出它可以使我们获得兼容CMOS的光子集成电路。