Компьютеры будущего, возможно, будут работать на свету

Разработан новый метод травления для создания трехмерных микроструктур в кремнии, предназначенных для обработки световых сигналов в сфере телекоммуникаций.

В современных телекоммуникациях свет переносит цифровую информацию на километры за секунды. Адаптированные оптические материалы контролируют световые сигналы. В издании AFM исследователи из Берлина и технологического института Карлсруэ презентовали метод производства фотонных кристаллов. Оптические свойства определены структурами микрометрового размера. Метод быстр, дешев, прост и частично использует принцип самоорганизации.

«На оптические свойства материалов может оказывать решительное влияние специфическая структуризация», пояснил Андреас Фролич. Кремний применяется в компонентах для телекоммуникаций, таких как фильтры или дефлекторы. Пока все эти детали могут быть плоскими или двухмерными. Зато с трехмерными компонентами станут доступны и выполнимы совершенно новые концепции. Расходы, требуемые для структуризации кремния, весьма высоки. Структура должна быть наиболее регулярной во всех трех пространственных направлениях, а размер деталей должен быть около микрометра, что соответствует сотой доле толщины человеческого волоса.

„Наши новые методы производства используют установленные технологии, такие как травление, и инновационные методы, такие как самоорганизация, и сочетают их весьма креативным способом“, сказал профессор Мартин Вегнер. Метод SPRIE применяется для структуризации кремния на больших областях простым и трехмерным путем. Во-первых, раствор с микрометровыми сферами из полистирена накладывается на кремниевую поверхность. После высушивания эти сферы автоматически формируют плотный монослой на кремнии. После покрытия металла и удаления сфер на кремнии остается сотовидный шаблон.

„Этот двухмерный шаблон используется для создания трехмерной структуры“, сообщил Фролич. Три области удаляются травлением с помощью реактивного плазменного газа. Для того чтобы втравить частицы газа только на глубину или гомогенной во всех направлениях, применяется электрическое поле. „Кроме того, мы можем определенным способом пассивировать стенки отверстия, а это значит, что от дальнейшего травления они будут защищены полимерным слоем“.

Повторное травление и пассивирование заставляют отверстия шаблона расти в глубину. На уровне 10 микрометров глубина превышает ширину в более чем 10 раз. Для управления структурой стен разработан пошаговый процесс и электрическое поле. Вместо простого отверстия с вертикальными гладкими стенками каждый шаг травления производит сферическое углубление с кривой поверхностью. Это искривление служит основой для регулярно повторяющихся структур новых волноводов. „Оптическая телекоммуникация происходит при длине волны 1,5 микрометра. С нашим методом травления мы производим рифленую структуру в микрометровом диапазоне вдоль стенки“. Область в высокосмежных и весьма глубоких структурированных отверстиях действует как регулярный кристалл, который преломляется желаемым способом.

Метод SPRIE (Последовательное пассивирование и реактивное ионное травление) может произвести трехмерный фотонный кристалл за несколько минут, поскольку он основан на обычных производственных процессах. В принципе, трехмерная структура производится в кремнии с использованием свободно выбранной маски или шаблона. Это открывает новые возможности для соответствия потребностям оптических компонентов в телекоммуникациях.

Доступны различные проекты фотонных кристаллов. Некоторые применяются в качестве волноводов с весьма небольшими радиусами искривления и несущественными потерями или в качестве оптических фильтров и мультиплексоров. Спустя несколько десятилетий могут появиться компьютеры, работающие на свету вместо электричества.

08.10.2012