Image en microscopie électronique de la couche de la phase silicium hexagonale à l'interface avec le film de SiO2 irradié (a) et le diagramme des réflexes de diffraction obtenu à l'aide de la transformée de Fourier de la région sélectionnée (b). Crédit :Université Lobatchevsky
Une équipe de scientifiques de l'Université Lobatchevsky (Nizhny Novgorod, Russie) a obtenu un matériau avec une nouvelle structure pour des applications dans l'optoélectronique et la photonique de nouvelle génération. Ce matériau est l'une des modifications hexagonales du silicium, qui ont de meilleures propriétés radiatives par rapport au silicium cubique classique, qui est traditionnellement utilisé en microélectronique.
La technologie originale de fabrication de ce matériau repose sur l'implantation d'ions de gaz inerte dans un film diélectrique sur silicium afin de créer une contrainte mécanique. La relaxation de la contrainte lors du recuit à haute température se traduit par une transition de phase dans le substrat de silicium à l'interface avec la couche diélectrique. Ainsi, une couche proche de la surface avec une nouvelle phase est formée dans le substrat de silicium initial. Cette couche peut être utilisée dans des éléments optiquement actifs de circuits intégrés.
Selon l'un des chercheurs, Alexeï Mikhaïlov, le problème de la recherche de matériaux luminescents compatibles avec les technologies traditionnelles du silicium est devenu particulièrement pressant au cours de la dernière décennie en raison de la nécessité d'augmenter encore la vitesse des circuits intégrés. Maintenant, cette vitesse est limitée par la vitesse de transmission des signaux électriques à l'intérieur du circuit intégré à travers des conducteurs métalliques.
"L'une des approches les plus prometteuses pour surmonter cette limitation est l'utilisation de l'optoélectronique lorsque des signaux optiques sont utilisés à la place des signaux électriques. Malheureusement, jusqu'à présent, il n'y a pas de technologies pour créer des circuits intégrés à base de silicium, dans lequel le transfert des données s'effectuera à la vitesse des signaux lumineux, " dit Alexeï Mikhaïlov.
Spectres de photoluminescence d'échantillons avec des films de SiO2 de différentes épaisseurs, irradié avec Kr +, après recuit à 800°C. L'encart montre la dépendance à la température du PL au maximum pour un échantillon avec une épaisseur de film de 160 nm. Crédit :Université Lobatchevsky
Les scientifiques de Nijni Novgorod ont synthétisé des couches de silicium qui peuvent agir comme un milieu optiquement actif. Expérimentateurs, ingénieurs et théoriciens travaillant en étroite interaction ont étudié en détail les conditions de synthèse, propriétés optiques et la structure électronique de ces couches.
« Dans le cadre de ce travail, pour la première fois au monde, une modification hexagonale du silicium de la phase 9R a été obtenue par implantation ionique, et une bande d'émission associée a été détectée dans la région infrarouge du spectre. Ce résultat est particulièrement important, puisque cette bande est dans le domaine de la transparence des guides de lumière en silicium, ", dit Alexeï Mikhaïlov.
Ainsi, les travaux des chercheurs de Nijni Novgorod peuvent servir de point de départ à la création de circuits intégrés optoélectroniques qui seront fabriqués à partir d'opérations technologiques traditionnelles et de matériaux à base de silicium.
