Световые технологии будущего представили в Новосибирске
О достижении технологического суверенитета в Институте физики полупроводников СО РАН (ИФП СО РАН) задумались еще 20 лет назад. Именно тогда впервые состоялась российская конференция «Фотоника», собравшая на своей площадке ведущих ученых и представителей промышленности для обсуждения направлений развития полупроводниковой фотоэлектроники. Открывая в Новосибирском Академгородке юбилейную конференцию «Фотоника-2023», директор ИФП СО РАН академик Александр Латышев подчеркнул нацеленность мероприятия на развитие сотрудничества: ученые рассказывают о новых разработках, промышленники — о запросах реального сектора. Среди новых достижений ИФП СО РАН — создание оптического детектора спина свободных электронов с пространственным разрешением (спин-детектор), повышение квантовой эффективности кремниевых фотодетекторов, разработка детектора и излучателя одиночных фотонов, разработка мощных СВЧ-фотодиодов и, наконец, изготовление сверхминиатюрных излучателей — полупроводниковых лазеров с вертикальным резонатором.
— Это самые миниатюрные лазеры, которые только можно создать, их размер — 300 на 300 микрон. Разработана технология их производства, можно добиться излучения на определенной длине волны. Устройства были апробированы в ряде организаций, эта разработка открывает перспективы существенного улучшения характеристик большого числа телекоммуникационных и навигационных устройств, — пояснил академик.
О состоянии дел в промышленности рассказал следующий докладчик — начальник научно-технологического комплекса ГНЦ РФ АО НПО «Орион» доктор физико-математических наук Константин Болтарь. Специалисты НПО «Орион» производят фотоприемные устройства на основе антимонида индия. Сегодня антимонид индия наряду с теллуридом кадмия и ртути лидирует на мировом рынке матричных фотоприемных устройств для средневолнового инфракрасного диапазона. Для эффективного использования этих фоточувствительных материалов необходимо всесторонне исследовать их свойства. В частности, изучают антимонид индия, выращенный методом молекулярно-лучевой эпитаксии в лаборатории ИФП СО РАН. Стоит отметить, что институт нашел одно из решений трансфера академических разработок в промышленность. Речь идет о создании определенного рода подложек, на которых выращиваются необходимые заказчику полупроводниковые структуры. Задача — архисложная: представьте, что разбросанные детские игрушки надо послойно (на уровне отдельных атомов) уложить в коробку так, чтобы не осталось свободного места. Однако, как подчеркнул Константин Болтарь, выращенные, например, методом молекулярно-лучевой эпитаксии барьерные nBn-структуры крайне перспективны для создания матричных фотоприемных устройств с уменьшенным энергопотреблением.
О фотонных технологиях, которые уже присутствуют в жизни каждого из нас, рассказал советник генерального директора Зеленоградского нанотехнологического центра (ЗНТЦ) Константин Певчих. Его доклад касался применения фотонных интегральных схем (ФИС) и наукоемких разработок, нужных для их производства в России. Использование фотонных интегральных схем позволяет увеличить скорость обработки и передачи данных в десятки или даже сотни раз, уменьшить размеры функциональных элементов электроники. Это достигается за счет интеграции на чипе электронных и оптических компонентов, способных принять световой сигнал, обработать его и транслировать дальше. Сейчас ФИС широко применяются в телекоммуникациях, в трансиверах — приборах, необходимых для одновременной обработки и передачи светового сигнала, пришедшего по оптическому волокну. Рынок потребления трансиверов растет, так как становится все больше передаваемых данных, появляются новые дата-центры. В области производства отечественных трансиверов ЗНТЦ сотрудничает с ИФП СО РАН: здесь разрабатывают эпитаксиальные гетероструктуры «германий на кремнии», полупроводниковый материал, необходимый для создания фотоприемника, одного из компонентов ФИС.
Еще одна область использования фотонных интегральных схем — создание разнообразных оптических сенсоров для контроля сложных инженерных объектов или для медицины. Другое распространенное применение оптических сенсоров — мониторинг деформаций, температуры, шумов: лопасти вертолета или крылья самолета пронизывают оптоволокном — таким образом по сигналам, снимаемым с волокна, определяются степень износа, усталость материала.
— Мы уже привыкли к получению разнообразных данных при помощи оптических датчиков, но пока световой сигнал трансформируется в электрический для последующей обработки. Например, во многих умных часах стоят оптические сенсорные системы. Но если обрабатывать световой сигнал, не переводя его в цифровой, на «оптическом» чипе, это позволит перейти к следующему поколению сенсорных систем. В результате будет выигрыш в быстродействии устройств, так как фотоны двигаются со скоростью света. К тому же оптические системы независимы от электромагнитных помех. Пока станции обработки данных для таких устройств электронные, но производители стремятся к тому, чтобы сделать их оптическими: снижается вес, повышается надежность, — рассказал докладчик.
Были на конференции затронуты и темы, приоткрывающие дверь в новую физику. Заведующий лабораторией ИФП СО РАН член-корреспондент РАН Игорь Рябцев представил доклад «Квантовые сенсоры электрических полей на основе ридберговских атомов». Многие из участников конференции впервые узнали, что можно сделать квантовый сенсор — детектор электрического поля на основе атома, приведенного в высоковозбужденное состояние. Кроме того, надо упомянуть, что коллектив исследователей из трех НИИ (ИФП СО РАН, Институт физики микроструктур РАН, Институт физики металлов им. М.Н.Михеева УрО РАН) и двух вузов (Новосибирский госуниверситет, Санкт-Петербургский госуниверситет) в рамках проекта «Квантовые структуры для посткремниевой электроники» получил результаты, значимые и для фундаментальной науки, и для индустрии: разработаны излучатель и детектор одиночных фотонов, востребованные в области квантовой связи и квантовой криптографии.
— Мы научились «выстреливать» по одному фотону — это теоретический предел нанофотоники. Разработка может использоваться в системах квантовой криптографии и квантовых вычислений, а также для создания миниатюрных атомных стандартов частоты нового поколения. В однофотонных системах квантовой связи обеспечивается абсолютная защищенность информации, основанная на законах квантовой механики, — пояснил директор ИФП СО РАН, под руководством которого выполняется проект.
«Фотоника-2023» собрала более 160 участников из Москвы, Санкт-Петербурга, Новосибирска, Екатеринбурга, Зеленограда, Томска и других городов. Актуальность тематики подчеркнул проректор Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» доктор технических наук Николай Каргин: «Конференция объединила организации, работающие в разных областях развития фотоники. Сейчас сформировался большой кластер фотоники в Москве, строится завод по производству фотонных интегральных схем в Подмосковье, но нужно консолидировать все направления, чтобы была единая программа развития фотоники, общая для всей страны».
Ольга Колесова
Фото: www.isp.nsc.ru
Нет комментариев