Системы функциональных межсоединений УБИС на основе квазидвумерных и трехмерных магнонных структур в латеральных и вертикальных топологиях

За весь срок реализации проекта проведено комплексное численное иэкспериментальное исследование распространения спиновых волн в функциональныхмагнонных квазидвумерных и трехмерных межсоединениях для УБИС, созданы и исследованы структуры латеральной и вертикальной топологии.В настоящем проекте были созданы элементы межсоединений для УБИС на основе магнитных квазидвумерных и трехмерных (3D) структур в латеральных и вертикальных топологиях с микро- и нанометровыми размерами волноведущих элементов. При этом межсоединения позволяют выполнять не только передачу информационного сигнала, закодированного в виде амплитуды и фазы спиновой волны, а также и функциональную обработку, осуществляя режимы параллельного и многопотокового (де)мультиплексирования спин-волнового сигнала в частотной, временной и пространственной области. В настоящем проекте использованы экспериментальные и теоретические методы и подходы, которые использовались частично коллективом для получения результатов в предыдущих проектах, выполняемых авторами. В ходе научного исследования были разработаны новые подходы и модели к описанию спин-волновой динамики в латеральных и вертикальных элементах межсоединений на основе численного решения уравнения Ландау- Лифшица-Гильберта. Были созданы экспериментальные макеты и проведены исследования методами радиофизических измерений и методом Мандельштам-Бриллюэновской спектроскопии, что позволило выявить механизмы и способы управления режимами генерации, динамикой распространения спин-волновых сигналов в системах нерегулярных межсоединений на основе волноведущих структур с нарушением трансляционной симметрии в латеральных и вертикальных топологий. Был решен ряд задач, в который входит разработка численных и полуаналитических моделей, описывающих генерацию и распространение сигнала между слоями или сигнальными каналами в латеральной и вертикальной топологиях интегральных схем, создание образцов структур с последующим экспериметальным исследованием характеристик спин-волновых возбуждений, управляя которыми возможным становится передача информационного сигнала на принципах магнонной спинтроники. Предлагаемые элементы межсоединений были изготовлены из ферримагнитных пленок железо-иттриевого граната, обладающих рекордно низким коэффициентом затухания спиновых волн, что позволило передавать информационный сигнал, закодированный одновременно в виде амплитуды и фазы спиновой волны, на расстояния порядка единиц и десятков микрон при толщине ферримагнитной пленки от 5 нм и более. Разработанные межсоединения на основе пленок железо-иттриевого гранта на подложках из n-типа арсенида галия возможно интегрировать в виде магнонных структур в традиционные системы УБИС на основе полупроводниковой элементной базы. Методы создания элементов межсоединений в УБИС на основе комплементарных структур оксид-полупроводник (КМОП) активно развиваются в последнее десятилетие ввиду непрерывного совершентсвования технологий создания наноструктур на полупроводниковой основе и развития технологий производства элементов межсоединений. Однако растущее с каждым годом количество проводников в системе, соединяющей отдельные элементы между собой приводит к увеличению тепловыделения, увеличению задержки времени распространения сигнала. Поиск новых эффективных схем интеграции в настоящее время приводит выводу о необходимости использовать альтернативные способы для передачи сигнала между функциональными элементами УБИС. Быстроразвивающаяся область магноники и магнонной спинтроники, в которой спиновые волны (СВ) и кванты спин-волновых возбуждений -- магноны -- являются на сегодняшний день одними из самых перспективных носителей информационного сигнала благодаря своим уникальным свойствам, обусловленным как обменным, так и дипольным взаимодействиями в ферромагнитных и анти-ферромагнитных средах. В первую очередь интерес к СВ не угасает, поскольку теоретически предсказанные уже более восьмидесяти лет назад свойства СВ в последние годы являются предметом активного исследования, ввиду возможности уменьшения длин СВ до величин порядка десятков нанометров и существования сверхширокого диапазона частот возбуждения СВ вплоть до терагерцевого. Стоит отметить два важных преимущества при использовании СВ в качестве носителей информационного сигнала: отсутствие омических потерь при распространении СВ и миниатюризация до нанометровых размеров структур, поддерживающих передачу спин-волнового сигнала.