Эра микросхем на базе кремниевой фотоники с высокой степенью интеграции.

Эра микросхем на базе кремниевой фотоники с высокой степенью интеграции.

Наступает эра микросхем на базе кремниевой фотоники с высокой степенью интеграции. Исследования ученых и технологов направлены на создание оптоэлектронных устройств с пропускной способностью на уровне 160 Gbps. Главным новшеством в предложенной конструкции гибридного кремниевого лазера является применение материала на основе фосфида индия для излучения и усиления света, кремниевого световода, для передачи света, а также управления лазером. При изготовлении таких устройств используется низкотемпературная кислородная плазма для создания тонкой пленки окиси (толщиной около 25 атомов) на поверхностях обоих материалов. Если их нагреть и прижать друг к другу, слой окиси выполняет функции «прозрачного клея», обеспечивая сплавление этих материалов в единую систему. В момент приложения напряжения свет, излучаемый материалом на основе фосфида индия, проходит через слой окиси и попадает в кремниевый световод. Конструкция последнего имеет весьма существенное значение для обеспечения прозрачности для длины волны такого лазера. Гибридный лазер преодолел последний барьер на пути массового внедрения оптоэлектронных устройств на базе кремния.

Над решением подобных проблем активно работают исследователи ведущих производителей чипов, и одной из первых компаний, о получении реального результата сообщила японская корпорация NEC, которая разработала новую технологию оптического межсоединения. Компания разработала базовую технологию, обеспечивающую возможность оптического соединения элементов LSI-чипа. Технология предполагает использование микрофотодиода, изготовленного на кремниевой подложке, миниатюрной усилительной схемы, оптического модулятора, волноводов и других элементов. Основной составной частью схемы является именно микрофотодиод, который обеспечивает чрезвычайно высокую реакцию на импульсы на частоте свыше 50 ГГц, и работает при напряжении смещения от 0 до +1 Вольта. Усилительная схема имеет размеры всего несколько квадратных микрометров, что в тысячи раз меньше, нежели усилители напряжения, которых они призваны заменить. Представители NEC сообщали, что  в планах их компании значится введение новой технологии оптического соединения элементов чипа в коммерческое использование еще в 2015 году. Подобное решение позволит разработчикам создавать более производительные чипы, увеличивая количество вычислительных ядер.

Совсем недавно разработчиками компонентов оптических систем был  предложен для использования в перспективных моделях компьютеров новый способ организации оптической передачи данных между чипами. В чипы встраивается миниатюрный инфракрасный лазер, работающий на основе коллоидных квантовых точек, наночастицы генерируют инфракрасный световой сигнал, который передает информацию по оптоволоконному каналу. Процесс создания такого лазера, занимает всего несколько минут: частицы полупроводника, нанометрового размера, взвешенные в растворителе, наносят тонким слоем на кремниевую подложку, как краску, специальная миниатюрная стеклянная палочка окунается в раствор и высушивается горячим воздухом. Если на трубочку подать напряжение, то лазер начинает излучать. Оптическая передача данных основана на лучах лазера с длинной волны 1,5 микрона. Специально для генерации такого излучения подобран размер наночастиц. Применяя инфракрасную передачу данных внутри компьютера можно увеличить скорость работы системы, не увеличивая число транзисторов на микропроцессоре. Так как от оптических линий связи нет помех, то можно организовать многоканальную связь для подключения большое число компонентов компьютера.