Многообещающую технологию интеграции лазеров в кремниевые чипы удалось разработать ученым из Университета Торонто. Излучающая пленка из полупроводниковых нанокристаллов может быть нанесена практически на любую подложку простым высушиванием взвеси наночастиц.
Как известно, проблема передачи информации внутри кремниевых чипов и между различными микросхемами в компьютере является одним из узких мест, препятствующих дальнейшему прогрессу микроэлектроники. Медные проводники близки к исчерпанию своих возможностей – они сильно нагреваются и вносят большие задержки. Но заменить их на оптические волокна для фотонов или на волноводы для поверхностных плазмонов пока мешает, в частности, отсутствие лазеров, которые можно было бы эффективно встраивать в кремниевые чипы.
Кремний плохо приспособлен для излучения света, и несмотря на значительные усилия по созданию кремниевого лазера и даже некоторый прогресс в этой области, тут пока все еще слишком далеко от практических приложений. А обычные лазеры из других полупроводников вроде арсенида галлия трудно встроить в кремниевый чип из-за различий в свойствах кристаллической решетки полупроводников.
Не исключено, что новая разработка поможет решить эту проблемы. Ученые изготовили суспензию из наночастиц сульфида свинца в гексане. Такие наночастицы размером несколько нанометров можно сделать практически одинаковыми. Их размер во многом и будет определять длину волны излучаемого света. Наночастицы играют роль квантовых точек, возбуждаясь и излучая подобно отдельным атомам. При диаметре частицы сульфида свинца 4,5 нм лазер излучает на привычной для телекоммуникаций длине волны в 1,5 мкм.
Суспензию наносят на любую подложку – кристаллическую или аморфную, гладкую или шершавую, а затем высушивают, получая пленку толщиной около микрона, которая и становится лазером. Несмотря на первоначальные опасения, потери на рассеяние и поглощение в пленке оказались малы, и пленочный лазер вышел достаточно эффективным. Лазеры удалось изготовить не только в виде плоского волновода, но даже выращивая на внутренней поверхности капилляра. Эксперименты показали, что длина волны излучения таких лазеров очень слабо зависит от температуры и бьет все рекорды для похожих полупроводниковых систем.
К сожалению, в первых экспериментах пленку пришлось охлаждать; генерации излучения при температуре выше минус 23 градусов Цельсия пока получить не удалось. Кроме того, для накачки пленочного лазера использовался другой лазер с длиной волны 0,8 мкм. Но канадские ученые надеются, что вскоре эти трудности будут преодолены и подобные «рисованные» лазеры станут встраиваться в обычные кремниевые чипы. – Г.А.
