Токопроводящие дорожки, соединяющие активные и пассивные элементы в интегральных микросхемах, изготовленные в невидимых невооруженным глазом наноразмерах, при выполнении микропроцессорами вычислительных операций выделяют тепло, бесполезно расходуя электроэнергию. А для охлаждения микрочипов приходится еще и дополнительные затраты электричества. Устранение же этого «пожирательного процесса» возможно, как известно, заменой металлических проводников световодами, передача информационных оптических сигналов по которым не сопровождается «попутным» выделением энергии. Однако теоретические предпосылки такой замены до сих пор не нашли практического воплощения вследствие отсутствия приемлемой для массового производства технологии изготовления световодов в полупроводниковых чипах (вычислительные ячейки - транзисторы - пока остаются электронными). Кроме этой нерешенной проблемы есть еще сопутствующая ей: на входах и выходах световодов должны быть изготовлены в едином технологическом цикле оптико-электронные преобразователи - светодиоды и фотодетекторы.
Основные усилия ученых-материаловедов в поисках химических соединений, пригодных для технологий создания световодов и оптико-электронных преобразователей, сосредоточены в направлении так называемой «кремниевой оптики», поскольку будущие оптические устройства должны интегрироваться в кремниевые микросхемы. Эти поиски недавно привели к известному классу двумерных химических соединений - монослойным дихалькогенидам переходных металлов (Transition metal dichalcogenide - TMD). Эти соединения интересны в аспекте решаемой технологической задачи тем, что их электрофизические свойства проявляются в «размерном эффекте»: трехмерные (объемные) TMD представляют собой полупроводники с непрямым межзонным переходом, а двумерные (монослойные) - это полупроводники с прямым межзонным переходом (запрещенной зоной). К тому же, как выяснили ученые, в TMD наблюдается довольно сильное электронно-фотонное взаимодействие, что очень необходимо при создании оптико-электронных преобразователей.
Первые два исследованных соединения монослойных TMD - сульфид молибдена и селенид вольфрама - оказались неподходящими для световодов, интегрируемых в кремниевые микросхемы, поскольку рабочие длины волн этих материалов попали в полосу поглощения кремнием. Третье соединение этого класса - монослойный дителлурид молибдена, похоже, может в недалеком будущем стать материалом, использование которого позволит решить одновременно обе «ждущие своего часа» задачи:
- интеграцию световода на кремниевую пластину микропроцессора;
- создание в едином технологическом цикле на входах и выходах световодов электронно-оптических преобразователей-передатчиков (светодиодов) и оптико-электронных преобразователей-приемников (фотодетекторов).
Комментарии
Отправить комментарий