Мы становимся всё более зависимыми от полупроводниковых устройств и пропускной способности интернет-каналов. И потребность в новых фундаментальных технологиях ещё никогда не была настолько острой. Учёные работают над решением этой проблемы, их исследования показывают, что будущее – за интеграцией оптики и кремния.
Сжатие световых лучей
Волноводы – это полые трубки, которые служат проводником для световых волн. Обычно ширина волновода должна быть приблизительно равна длине волны светового пучка. Это налагает ограничение на размер оптических устройств. Исследователи из Калифорнийского технологического института нашли способ обойти это природное ограничение. Учёные пошли по пути уменьшения световых пучков посредством разработки нового типа волноводных устройств, которые способны фокусировать свет с длиной волны размером всего в несколько нанометров.
То есть, инженеры смогут создавать ещё более миниатюрные оптические компоненты, которые в свою очередь могут использоваться внутри сетевых устройств, оборудования для датацентров и даже проецирующих приборов. Это также значит, что появится возможность использовать нынешние оптоволоконные кабели для передачи пакетов данных большей плотности.
Волноводные устройства делают из аморфного кремниевого диоксида кремния (подобного современному стеклу) и покрывают тонким слоем золота. По мере того, как световой луч проходит через устройство, фотоны взаимодействуют с электронами на стыке между золотым покрытием и диоксидом кремния. Осцилляции электронов распространяются вдоль волн, передавая ту же информацию, что и сами световые волны. Новое устройство построено с использованием традиционных полупроводниковых технологий.
Не кремнием единым
Элемент кремний является строительным блоком цифровой жизни, однако исследователи полагают, что пришло время уделить внимание новым материалам. В частности, предлагается для изготовления транзисторов применять арсенид галлия и индия. Таким образом, удастся изготовить транзистор размером всего 22 нанометра.
На микроснимке выпущенного такого транзистора показана передача электронов. В центре находится затвор – инвертированное V. Два молибденовых контакта на каждой стороне являются истоком и стоком транзитора. Канал — световой цветной слой на основе арсенида галлия и индия под стоком, истоком и затвором.
Кстати, арсенид галлия и индия уже используется в оптоволоконных коммуникациях и радарных технологиях, однако новые миниатюрные транзисторы нацелены на вычислительные устройства и предположительно заменят кремний, полагают ученые. С их точки зрения, кремневые полупроводники уже исчерпали свой потенциал, и чем дальше — тем сложнее добиваться миниатюризации этих устройств.
Оптика и кремний в одно целое
В основу интеграция оптоволокна и кремния положена процедура внесения полупроводниковых материалов слой за слоем в микроскопические поры участка оптического волокна. Эта область исследований, которая обладает огромным технологическим потенциалом. Например, компания IBM уже представила новые чипы, которые комбинируют традиционный кремний, основанный на электронных компонентах, с оптическими компонентами, которые ведут к более быстрым и эффективным сетевым технологиям.