silicis elektronikoje

KVANTINĖS ELEKTRONIKOS DARINIAI AKYTOJO SILICIO

PAGRINDU

Prietaisai, pagaminti silicio pagrindu, vyrauja mikroelektronikos pramonės gaminių tarpe dėl

bazinės med.iagos pigumo. Todėl silicis yra labiausiai pageidaujama med.iaga gaminant bet

kokį naują elektronikos prietaisą, kuris turėtų integruotis su esamais mikroelektroniniais lustais

ar kita aparatūra. Tai galioja ir optoelektroniniams prietaisams, kurie sudaro jungiamąją grandį

tarp elektronikos, fotonikos ir optinio ry.io sričių. Dauguma optoelektronikos elementų, tokių

kaip .viesolaid.iai bei moduliatoriai, gali būti pagaminti i. silicio. Tačiau silicio

optoelektronikos idėjos įgyvendinimui trūksta pagrindinės grandies . efektyvaus .viesos .altinio

i. silicio (ar bent did.iąja dalimi silicio ppagrindu). Jeigu pavyktų sukurti silicio lazerį naudojant

įprastinę silicio technologiją, tai .is pasiekimas darytų mil.ini.ką įtaką puslaidininkių pramonės,

informacinių technologijų technikos bei telekomunikacijos sistemų ateičiai. Tačiau kristalinis

silicis dėl savo fundamentinių savybių, tokių kaip energetinių juostų struktūra, lemianti

netiesioginius rekombinacinius .uolius tarp laidumo juostos ir valentinės juostos ekstremumų, ir

kitų, yra neperspektyvi med.iaga gauti .viesos stiprinimą. Dėl vyraujančios tarpjuostinės

smūginės nepusiausvyrųjų krūvininkų rekombinacijos, spinduliuotės kvantinis na.umas

makroskopiniame ir mikroskopinių matmenų silicyje siekia vos .imtąsias procento dalis. Tačiau,

atradus 3-4 % kvantinio na.umo matomojo spektro spinduliuotę akytojo silicio nanokristalituose,

atsirado vviltis gauti jame ir priverstinę spinduliuotę. Praėjus de.imčiai metų po pirmųjų darbų [1,

2] pasirodymo, .i viltis i.sipildė. Optinį stiprinimą silicio nanokristaluose pirmas stebėjo

L. Pavesi ir jo bendraautoriai [3]. Bandymai buvo atlikti su silicio nanokristalais, gautais silicio

jonų implantacijos būdu safyro ir ssilicio oksido sluoksniuose. .is atradimas davė prad.ią silicio

lazerio kūrimo darbams.

Bet kurio lazerio pagrindą sudaro aktyvioji terpė, kuri patalpinta tarp optinio Fabry-Perót

rezonatoriaus veidrod.ių. Aktyvioji terpė su.adinama tam, kad joje būtų sukurta inversinė

lygmenų, o puslaidininkiniame lazeryje . energetinių juostų u.pildymo būsena. Fabry-Perót

rezonatorius u.tikrina optinį teigiamą grį.tamąjį ry.į. Puslaidininkinio lazerio Fabry-Perót

mikrorezonatorių paprastai kuria du paskirstyto (Braggo) atspind.io daugiasluoksniai veidrod.iai

[4]. Elektrocheminė akytojo silicio gamybos technologija suteikia galimybę pagaminti abu

minėtus lazerio elementus vieno nepertraukiamo technologinio proceso metu. Technologija

paremta tuo, kad akytojo silicio lū.io rodiklis .viesai ir silicio nanokristalitų matmenys priklauso

nuo anodinio ėsdinimo srovės tankio [5]. Iki .iol tirtų Fabry-Perót mikrorezonatorių aktyvioji

dalis buvo daroma λ/2 ilgio (čia λ . bangos ilgis, atitinkantis silicio nanokristalitų

spinduliuojamosios .viesos spektro centrinę dalį). Toks mikrorezonatorius yra suderintas pagal

banginės optikos reikalavimus. Tačiau jjame neatsi.velgta į tai, kad .viesos stiprinimas silicio

nanokristaluose yra santykinai ma.as [3]. Norint gauti lazerinį efektą, būtina atsi.velgti į .viesos

stiprinimo dydį ir į nuostolius. Įskaičius tai, kad .viesos stiprinimo skerspjūvis silicio

nanokristalituose yra 5×10-17 cm-2 eilės [3], mes pagaminome Fabry-Perót mikrorezonatorių,

kuriame atstumas tarp Braggo veidrod.ių yra didesnis u. λ/2 [6*,7*].