Ученые из МИЭТ И МПГУ создали чип для фотонной техники нового поколения
Уникальный чип, который позволит разрабатывать фотонные «микросхемы» нового поколения, разработали и изготовили специалисты НИУ МИЭТ (Институт перспективных материалов и технологий) и МПГУ (Лаборатория квантовых детекторов) совместно с другими российскими учеными. Об этом 13 декабря сообщила пресс-служба МИЭТ.
По словам ученых, новый чип станет основой главного элемента нейроморфных компьютеров — искусственного синапса.
На сегодняшний день развитие методов оптической передачи и обработки данных во многом зависит от разработки фотонных интегральных схем (ФИС). Фотонные схемы отличаются от обычных микросхем тем, что в них управление происходит не за счет электрического тока, а за счет света, распространяющегося по волноводу с сечением менее 1 микрометра в квадрате. Развитие интегрально-оптических схем и их внедрение в технику даст значительное увеличение быстродействия и рост пропускной способности передачи данных, однако в этом направлении есть ряд сложностей.
«Создание полноценных логических ФИС, способных заменить компоненты современной электроники, требует разработки особых элементов управления. Такие элементы должны, перестраиваясь, менять параметры проходящих оптических сигналов при минимальных энергетических затратах», — объяснили специалисты МИЭТ.
В ходе длительной совместной работы коллективу ученых МИЭТ и МПГУ удалось успешно создать полностью оптические перестраиваемые кольцевые микрорезонаторы на основе нитрида кремния и тонких пленок одного из так называемых материалов фазовой памяти — Ge-Sb-Te (GST).
Основной особенностью этих материалов является способность при переключении между аморфным (неупорядоченным) и кристаллическим (упорядоченным) состояниями изменять свои оптические и электрические свойства.
«В разработанном нами чипе поверхность кольцевых микрорезонаторов из нитрида кремния локально покрыта тонкой пленкой GST. Изменение фазового состояния покрытия GST и, следовательно, его поглощения, приводит к изменению проходящего через волновод оптического сигнала. Переключение фазовых состояний можно инициировать лазерными импульсами, проходящими через волновод», — пояснил старший научный сотрудник Института перспективных материалов и технологий НИУ МИЭТ Петр Лазаренко.
При этом, по словам Лазаренко, переключение между состояниями происходит за время порядка 10 наносекунд, а их поддержание не требует затрат энергии.
«Изменяя плотность энергии лазерного импульса, можно получить различное объемное соотношение материала в аморфном и кристаллическом состояниях. Это дает возможность создавать многоуровневые нанофотонные элементы, обладающие несколькими битами на ячейку. Именно это свойство необходимо для разработки полностью оптического искусственного синапса — главного элемента будущих нейроморфных вычислительных систем», — рассказал старший научный сотрудник МПГУ Вадим Ковалюк.
Ученые сообщили, что отработанная ими технология изготовления энергонезависимых перестраиваемых нанофотонных чипов полностью готова к внедрению в микроэлектронное производство, поскольку может быть полностью реализована с применением стандартных технологических процессов и не требует дополнительной модернизации установок.
