Immagine al microscopio elettronico dello strato della fase esagonale di silicio all'interfaccia con il film di SiO2 irradiato (a) e l'andamento dei riflessi di diffrazione ottenuti mediante la trasformata di Fourier della regione selezionata (b). Credito:Università Lobachevsky
Un team di scienziati dell'Università Lobachevsky (Nizhny Novgorod, Russia) ha ottenuto un materiale con una nuova struttura per applicazioni nell'optoelettronica e nella fotonica di nuova generazione. Questo materiale è una delle modifiche esagonali del silicio, che hanno migliori proprietà radiative rispetto al silicio cubico convenzionale, che è tradizionalmente utilizzato nella microelettronica.
La tecnologia originale per la fabbricazione di questo materiale si basa sull'impianto di ioni di gas inerte in un film dielettrico su silicio per creare stress meccanico. Il rilassamento dello stress durante la ricottura ad alta temperatura determina una transizione di fase nel substrato di silicio all'interfaccia con lo strato dielettrico. Così, uno strato vicino alla superficie con una nuova fase viene formato nel substrato di silicio iniziale. Questo strato può essere utilizzato in elementi otticamente attivi di circuiti integrati.
Secondo uno dei ricercatori, Alexey Mikhaylov, il problema della ricerca di materiali emettitori di luce compatibili con le tradizionali tecnologie al silicio è diventato particolarmente pressante nell'ultimo decennio a causa della necessità di aumentare ulteriormente la velocità dei circuiti integrati. Attualmente, tale velocità è limitata dalla velocità di trasmissione dei segnali elettrici all'interno del circuito integrato attraverso conduttori metallici.
"Uno degli approcci più promettenti per superare questa limitazione è l'uso dell'optoelettronica quando vengono utilizzati segnali ottici invece di quelli elettrici. Sfortunatamente, finora non esistono tecnologie per la creazione di circuiti integrati a base di silicio, in cui il trasferimento dei dati sarà effettuato alla velocità dei segnali luminosi, " dice Alexey Mikhaylov.
Spettri di fotoluminescenza di campioni con film di SiO2 di vario spessore, irradiato con Kr +, dopo ricottura a 800°C. L'inserto mostra la dipendenza dalla temperatura del PL al massimo per un campione con uno spessore del film di 160 nm. Credito:Università Lobachevsky
Gli scienziati di Nizhny Novgorod hanno sintetizzato strati di silicio che possono agire come mezzo otticamente attivo. sperimentatori, ingegneri e teorici che lavorano in stretta interazione hanno studiato in dettaglio le condizioni di sintesi, proprietà ottiche e la struttura elettronica di questi strati.
"Nell'ambito di questo lavoro, per la prima volta al mondo, una modifica esagonale del silicio della fase 9R è stata ottenuta mediante impiantazione ionica, e una banda di emissione associata è stata rilevata nella regione infrarossa dello spettro. Questo risultato è particolarmente importante, poiché questa banda è nel campo della trasparenza delle guide luminose al silicio, " Dice Alexey Mikhaylov.
Così, il lavoro dei ricercatori di Nizhny Novgorod può servire come punto di partenza per la creazione di circuiti integrati optoelettronici che saranno fabbricati utilizzando operazioni tecnologiche tradizionali e materiali basati sul silicio.
