Оптические интегральные схемы на основе нитевидных нанокристаллов фосфидных соединений

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 20-72-10192

НазваниеОптические интегральные схемы на основе нитевидных нанокристаллов фосфидных соединений

Руководитель Большаков Алексей Дмитриевич, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение высшего образования и науки "Санкт-Петербургский национальный исследовательский Академический университет имени Ж.И. Алферова Российской академии наук" , г Санкт-Петербург

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 02 - Физика и науки о космосе; 02-204 - Нано- и микроструктуры

Ключевые слова интегральные оптические схемы, нанофотоника, волноводы, наноразмерные источники излучения, лазеры, нитевидные нанокристаллы, фосфиды, эпитаксия

Код ГРНТИ29.19.22

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В настоящее время информационные технологии переживают эпоху перехода от электронных к интегральным фотонным схемам. Последние представляют собой перспективную платформу для вычислительных систем будущего, которые выходят за рамки закона Мура. Для создания таких систем требуется разработка новых технологий и элементной базы. Полупроводники III-V находят множество применений в области оптоэлектроники. Ввиду особенностей геометрии, наноструктуры предоставляют новые возможности для управления электромагнитным излучением. Эффекты уменьшенной размерности в наноструктурах позволяют значительно расширить их функциональность для оптоэлектроники и нанофотоники по сравнению с обычными тонкопленочными гетероструктурами. За последние несколько десятилетий, одномерные нанопроволоки (иначе – нанопровода, нитевидные нанокристаллы, ННК) продемонстрировали большой потенциал в фотонных схемах из-за их уникальной квази-одномерной морфологии, которая позволяет создавать, как пассивные (волноводы), так и активные (излучатели) элементы фотонных схем. Эффективной генерации стимулированного излучения в таких структурах способствует их резонаторная геометрия, а высокий показатель преломления полупроводниковых материалов позволяет ограничивать область распространения оптических сигналов , в структурах, имеющих масштабы порядка сотни нанометров, что определяет перспективы использования этих структур в плотноупакованных интегральных схемах. Среди полупроводниковых материалов, пригодных для создания нанопроводов особый интерес, с точки зрения использования в приборах фотоники представляют ННК фосфидных соединений. Во-первых, фосфид галлия является материалом с относительно высоким показателем преломления, при этом, обладает низкими оптическими потерями в широком диапазоне, включающим видимую область и ИК, что особенно важно с точки зрения применения в системах передачи данных. Несмотря на то, что сам GaP – материал непрямозонный, его разбавление изовалентными элементами 5 группы (N, As) приводит к прямозонной структуре. Таким образом, на основе фосфидных ННК возможно создание и пассивных и активных элементов фотонных схем, включая гибридные элементы – активная среда в волноводе. Современные эпитаксиальные ростовые технологии позволяют синтезировать ННК фосфидных соединений на дешевых кремниевых подложках, с заданной морфологией (включая возможность синтеза упорядоченных массивов методами селективной эпитаксии), высокого кристаллического совершенства и с хорошей огранкой, а также получать гетероструктурированные ННК в аксиальной и радиальной геометрии, что определяет перспективы данного подхода для реализации различных субмикронных в поперечном сечении элементов интегральных фотонных схем. Несмотря на интригующие возможности, которые предоставляют ННК фосфидных соединений, свойства этих наноструктур, принципиально важные для реализации фотонных схем исследованы мало. Данный проект направлен на теоретические и экспериментальные исследования взаимодействия электромагнитного излучения с ННК фосфидных соединений для определения перспектив использования ННК GaP в качестве субмикронных волноводов. Также будет проведено исследование возможности реализации оптической связи между несколькими такими волноводами, созданы и исследованы локальные источники излучения на основе ННК прямозонных фосфидных соединений. Результаты выполнения Проекта имеют важное фундаментальное и прикладное значение для реализации фотонных интегральных схем нового поколения.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Рой П., Большаков А.Д. Highly Directive UV Plasmonic “Antenna-on-Reflector” for Single-Molecule Detection Physica Status Solidi - rapid research letters, 2000579 (год публикации - 2021)
10.1002/pssr.202000579

2. Кузнецов А.С.,Цырлин Г.Э., Большаков А.Д. Investigation of GaP Based Nanowires Optical Properties for Lasing Applications IEEE (год публикации - 2021)
10.1109/ElConRus51938.2021.9396671

3. Сибирев Н.В., Бердников Ю.С., Федоров В.В., Штром И.В. Большаков А.Д Точная модель самокаталитического роста Ga(As,P) нитевидных нанокристаллов Физика и техника полупроводников (год публикации - 2021)

4. Большаков А.Д., Шишкин И.И., Мачнев А., Петров М.И., Кириленко Д.А., Федоров В.В., Мухин И.С., Гинзбург П. Single GaP Nanowire Nonlinear Characterization with the aid of Optical Trap Nanoscale, 14, 993-1000 (год публикации - 2022)
10.1039/D1NR04790F

5. Федоров В.В., Бердников Ю., Сибирев Н.В., Большаков А.Д., Федина С.В., Сапунов Г.А., Дворецкая Л.Н., Цырлин Г.А., Кириленко Д.А., Чернышева М., Мухин И.С. Tailoring Morphology and Vertical Yield of Self-Catalyzed GaP Nanowires on Template-Free Si Substrates Nanomaterials, 11(8), 1949 (год публикации - 2021)
10.3390/nano11081949

6. Кондратьев В.М., Кузнецов А., Гридчин В.О, Федина С.В., Резник Р.Р., Налимова С.С., Мошников В.А., Цырлин Г.Э., Большаков А.Д. III–V nanowires for ammonia detection Journal of Physics: Conference Series, 2086, 012186 (год публикации - 2021)
10.1088/1742-6596/2086/1/012186

7. Кузнецов А., Рой П., Грудинин Д.В., Кондратьев В.М., Кадинская С.А., Воробьев А.А., Котляр К.П., Убыйвовк Е.В., Федоров В.В., Цырлин Г.Э., Мухин И.С., Арсенин А.В., Волков В.С,, Большаков А.Д. Self-assembled Photonic structure: Ga optical antenna on GaP Nanowire Nanoscale (год публикации - 2022)

8. Кондратьев В.М., Кузнецов А., Федина С.В.,Налимова С.С., Мошников В.А., Большаков А.Д. Gallium phosphide nanowires for “biological concentrations” ammonia detection Journal of Physics: Conference Series, 2172, 012006 (год публикации - 2022)
10.1088/1742-6596/2172/1/012006

9. Кузнецов А., Моисеев Э., Абрамов А.Н., Фоминых Н., Шаров В.А., Кондратьев В.М., Шишкин И.И., Котляр К.П., Кириленко Д.А., Федоров В.В., Кадинская С.А., Воробьев А.А., Мухин И.С., Арсенин А.В., Волков В.С., Кравцов В., Большаков А.Д. Elastic Gallium Phosphide Nanowire Optical Waveguides - Versatile Subwavelength Platform for Integrated Photonics Small (год публикации - 2023)
10.1002/smll.202301660

10. Кузнецов А., Фоминых Н, Кондратьев В., Федина С.В. GaP Nanowire Waveguides IEEE 2022 Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (ElConRus), С. 1126-1129 (год публикации - 2022)
10.1109/ElConRus54750.2022.9755663

11. Кузнецов А., Рой П., Кондратьев В.М., Федоров В.В., Котляр К.П, Резник Р.Р., Воробьев А.А., Мухин И.С., Цырлин Г.Э., Большаков А.Д. Anisotropic Radiation in Heterostructured “Emitter in a Cavity” Nanowire Nanomaterials, 12, 241 (год публикации - 2022)
10.3390/nano12020241

Публикации