Интегральные устройства нанофотоники на основе изменяющих фазовое состояние халькогенидных полупроводниковых материалов

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 20-79-10322

НазваниеИнтегральные устройства нанофотоники на основе изменяющих фазовое состояние халькогенидных полупроводниковых материалов

Руководитель Лазаренко Петр Иванович, Кандидат технических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" , г Москва

Конкурс №50 - Конкурс 2020 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-710 - Новые материалы для наноэлектронных приборов

Ключевые слова Нанофотоника, интегральные волноводы, энергонезависимые оптические устройства, управление оптическим сигналом, оптические межсоединения, фазовая память, фазовые переходы, тонкие пленки, оптические свойства, халькогенидные полупроводники, Ge-Sb-Te

Код ГРНТИ29.33.39

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект посвящен применению перспективных функциональных материалов на основе халькогенидных полупроводниковых соединений в энергонезависимых интегральных элементах нанофотоники для обеспечения возможности изменения параметров оптического сигнала. Халькогенидные полупроводниковые соединения, в частности материал Ge2Sb2Te5 и тонкие пленки на его основе, являются объектами интенсивных исследований и разработок в течение последнего десятилетия. Благодаря существенному изменению оптических и электрических свойств при фазовых превращениях между аморфным и кристаллическим состояниями, инициированных низкоэнергетическими импульсами тока или лазерного излучения, тонкие пленки Ge2Sb2Te5 уже нашли коммерческое применение в оптических дисках (DVD-RW, Blu-Ray) и электрической фазовой памяти с произвольным доступом (PCM, 3D X-Point). При этом большая величина оптического контраста и возможность формирования множества логических состояний за счет создания областей с различной степенью кристаллизации делает тонкие пленки Ge2Sb2Te5 перспективными для управления параметрами оптического сигнала в интегрально-оптических элементах нанофотоники. Однако первые экспериментальные образцы элементов, создаваемые в настоящий момент на основе тонких пленок Ge2Sb2Te5, обладают неоптимальными характеристиками, в частности высокими оптическими потерями, низким соотношением сигнал-шум, значительным энергопотреблением, а также низкой стабильностью. Для дальнейшего развития данного направления необходимо разработать подходы, которые позволят улучшить характеристики элементов нанофотоники на основе изменяющих фазовое состояние халькогенидных полупроводниковых материалов. В рамках проекта в качестве такого подхода предлагается использовать изменение химического состава функциональных тонких пленок Ge2Sb2Te5, представляющих собой чередующиеся с определенной последовательностью блоки GeTe и Sb2Te3. Изменение соотношения данных блоков, т.е. изменение химического состава по линии квазибанарного разреза GeTe-Sb2Te3, позволит варьировать оптические свойства, скорость и температуру кристаллизации, стабильность аморфного состояния при комнатной температуре и вероятность спонтанной кристаллизации, и, таким образом, обеспечит контролируемое изменение основных параметров разрабатываемых элементов. Апробация данного подхода будет проходить на прототипах энергонезависмых делителей сигнала, микрокольцевых резонаторах и интерферометрах Маха-Цендера с возможностью изменения параметров оптического сигнала. При разработке и создании данных элементов будет решен целый ряд взаимосвязанных задач из материаловедения (синтез объемных материалов, получение тонких пленок, исследование их свойств, в том числе определение корреляционных зависимостей “химический состав - фазовое состояние - оптические свойства”), фотоники (разработка конструкции интегральных устройств нанофотоники, оптимизация геометрических параметров, исследование изготовленных образцов с целью определения воздействия выбранного подхода) и технологии (выбор технологических решений изготовления, отработка и изготовление прототипов элементов нанофотоники). В результате апробации предлагаемого подхода, а также реализации исследований тонких пленок и экспериментальных устройств нанофотоники будет достигнут ряд новых фундаментальных результатов, в том числе, будут определены корреляционные зависимости между химическим составом, фазовой структурой, оптическими свойствами функциональных областей тонких пленок исследуемых халькогенидных полупроводниковых материалов и распространением излучения в тонкопленочном волноводе; определено влияние интерфейсов функциональных слоев на фазовые превращения; получена информация, необходимая для прояснения механизмов аморфизации тонких пленок фазовой памяти при воздействии сверхкоротким лазерным излучением. Достижение данных фундаментальных результатов не только необходимо для дальнейшего развития делителей сигнала, интерферомеров и кольцевых резонаторов, на которых сфокусировано внимание данного проекта, но и позволит провести оценку возможности применения перспективных функциональных материалов на основе халькогенидных полупроводниковых соединений при создании других интегрально-оптических устройств, например, мультиплексоров, а также различных электро-оптических устройств на основе материалов фазовой памяти. Несомненной практической значимостью будет обладать разработанная в рамках выполнения проекта полностью отечественная технология изготовления быстродействующих энергонезависимых элементов нанофотоники с возможностью изменения параметров оптического сигнала, что обеспечит создание новых элементов, необходимых для конструирования интегрально-оптических функциональных схем с повышенным быстродействием, и дальнейшее развитие интегральной оптики и квантовой интегральной оптики, а также различных систем на их основе, в частности нейронных сетей.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ