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Surrey大学、記録的歪レベル単結晶シリコン

January, 28, 2022, Guildford--サリー大学(University of Surrey)の研究チームは、単結晶シリコンに以前に達成したよりも強く歪をかけるシングルステップ手順を開発した。

特許申請中の発見は、今後のシリコンフォトニクスの開発にとって極めて重要になる。シリコンフォトニクスは、IoTの背後の技術を支えているが、現在、安価、効率的、簡単な集積光エミッタの欠如に制約されている。

今回、サリーの研究チームは、同じ手順をゲルマニウムレーザに導入しようとしている。成功すれば、ゲルマニウムレーザの開発に扉を開くことになる。これは、シリコンベースのコンピュータに適合し、また新しいオプトエレクトロニックデバイスにより通信システムを変革することになる。これは、過熱問題に対処する。過熱は、シリコンベースコンピュータシステムの開発に脅威となっている。また、過熱を克服しようとしている研究の一般的な領域であり、高価で困難なIII-Vデバイスを開発する必要がなくなる。

シリコン上にフォトニクスを完全に移動することは、長年の目標であり、シリコンフォトニクスデバイス開発には多くの成功があるが、周期表の同じグループの元素を使い、CMOS産業適合のレーザは、今までのところ、捉えどころがなかった。チームは、先頃、EPSRC New Horizonsプロジェクト助成金を得て、イノベーションを生かし、研究を進める。

新しいアプローチは、近赤外センサ実現への重要な一歩でもある。それは、火災警報や一酸化炭素センサを装備した、より高度なスマートフォン開発への道を開く。

Physical Review Materials誌に発表された論文は、ドラムスキン締め付けと同様の方法で、吊り下げ膜のイオン注入により歪を生成する方法を説明している。その効果は、注入された領域の下方反りにより得られる。これは、温度変化を受けるバイメタルストリップに類似のメカニズムである。

サリーの先端技術研究所と物理学部チームは、3.1%までの2軸歪、8.5%までの一軸歪が生成できることを証明しているが、さらに大きな歪への方法も指摘している。これは、インプラント種を変え、基礎となる結晶の方向を利用することにより達成可能である。

その方法は、より複雑なアプローチを使い、以前の記録を遙かに上回る。Ⅳ族半導体ゲルマニウムで、シリコンよりも遙かに低い歪で、バンドギャップの間接-直接遷移が起こる、そこが新しい方法が大きな可能性を持つところである。

その手順は、比較的簡単であり、多様で、高速、一般に適用可能、歪制御に広く利用可能な技術であるが、その開発には、2つの国立研究施設の利用が必要だった。サリーイオンビームセンタでは、ユーザは、イオンインプランテーション、イオン照射、イオンビーム分析を使って、幅広い研究に着手できる。そこには、大規模な処理、特性評価施設もある。国立物理学研究所、UKの国立計量研究所は、国家一次測定基準を開発、維持し、最先端の測定科学が実世界でプラスの影響を及ぼすように保証する。

サリー大学先端技術研究所シニア研究フェロー、Dr David Coxは、次のようにコメントしている。
「これに関して素晴らしいことは、その方法の簡素さであり、それが製造法に簡単に移行できることだ。それが、歪層III-Vベース量子井戸レーザの開発についてAlf Adamの長年のレガシーと同様、Ⅳ族半導体フォトニクスへの影響が大きな影響を与えるかどうかを見ることは素晴らしい。フォトニクスは、20世紀のエレクトロニクスとの関係と同様、革命である」と話している。

研究の主筆、Ph.D学生、Mateus Masteghinは、次のようにコメントしている。
「リアルタイムで、皺が消え、膜が平坦になるのを見ることは、驚嘆だった。この新技術は、フォトニクス領域において、非常に破壊的であることは間違いない。この提案技術に基づいて、新しいデバイスの開発を継続することは楽しみである」。

(詳細は、https://www.surrey.ac.uk)