Современные технологии объединяют достижения электроники и фотоники в рамках единой кремниевой платформы, что открывает новые перспективы в области вычислений, связи и сенсорики. Это способствует повышению производительности и снижению себестоимости устройств.
Фотоника находит применение в широком спектре приложений, включая мобильные устройства, дисплеи, системы освещения и медицинские приборы. Несмотря на ограниченные фотонные свойства кремния, его уникальные характеристики делают его оптимальным материалом для интеграции фотонных компонентов в компактные и высокопроизводительные устройства.
Недавние исследования привели к разработке новых методов формирования наноструктур на основе кремния, что значительно ускоряет внедрение кремниевой фотоники в промышленное производство. Это обусловлено растущим спросом на облачные сервисы, требующие высокоскоростных и экономичных каналов передачи данных.
Компания Intel активно использует кремниевую фотонику для оптимизации сетей 100G, поскольку традиционные медные кабели не способны обеспечить требуемую скорость передачи данных внутри серверных систем.
Интеграция электронных и фотонных технологий оказала значительное влияние на развитие компьютерной техники, телекоммуникационных систем, информационных технологий и интернета. Большинство современных кремниевых устройств, включая процессоры и сенсоры, функционируют на основе объемных кремниевых подложек, что обеспечивает их низкую стоимость и массовую доступность, но ограничивает интеграцию фотонных компонентов.
Кремний является ключевым материалом для электроники благодаря своей широкой распространенности, низкой стоимости и удобству в производстве. Однако его ограниченная способность к поглощению и излучению света существенно ограничивает его применение в фотонике.
Разработка лазеров на основе кремния представляет собой перспективное направление исследований, хотя до настоящего времени такие устройства не были созданы. Традиционно лазеры изготавливаются из сложных материалов, содержащих дорогостоящие компоненты, такие как индий или галлий.
Ученые предпринимали попытки модификации структуры кремния с целью улучшения его оптоэлектронных характеристик. В частности, исследовались методы создания материалов с псевдопрямой запрещенной зоной, которые демонстрируют улучшенные свойства по сравнению с чистым кремнием, но все же уступают материалам с прямой запрещенной зоной.
Недавно был предложен новый подход к улучшению оптоэлектронных свойств кремния, основанный на изменении симметрии кристаллической решетки кремния и германия. Это позволило создать материалы с прямой запрещенной зоной, обладающие улучшенными характеристиками.
Гексагональный германий демонстрирует превосходные оптоэлектронные свойства и способен работать с различными длинами волн света, что делает его перспективным материалом для химического зондирования и систем связи.
Для реализации этих возможностей ученые разрабатывают материалы в форме нанопроволок и нитевидных кристаллов, которые обеспечивают эффективное взаимодействие со световыми волнами и минимизируют потери.
Эти инновационные разработки могут привести к значительным изменениям в области кремниевой фотоники и открыть новые возможности для развития высокотехнологичных решений.
