-Создание и исследования локального источника фотонов на основе туннельного контакта с металлической наноантенной

Данный проект направлен на создание локального источника фотонов в оптическом и ближнем ИК диапазоне на основе эффекта эмиссии фотонов при неупругом туннелировании электронов через потенциальный барьер, реализованный в туннельном контакте. Актуальность и значимость этого проекта определяется тем, что оптические линии связи неоспоримо доказали своё преимущество для передачи данных с высокой скоростью на очень большие расстояния, и постепенно, на рынке появляются оптические реализации таких популярных интерфейсов, как USB и Thunderbolt. В тоже время, передача данных между интегральными микросхемами и между логическими блоками однокристальных систем происходит исключительно с помощью электрических сигналов по металлическим проводникам, что обуславливает ряд проблем: тепловыделение на проводниках, электрические помехи и шум, сложность проектирования длинных высокочастотных линий и другие. Повышение вычислительной производительности микросхем возможно с переходом на оптические линии связи на масштабах интегральных схем. Для этого необходимо развитие полного спектра электрооптической компонентной базы, которое в дальнейшем, позволит перейти к более быстродействующим и энергоэффективным фотонным вычислительным схемам. Одним из ключевых компонентов такого перехода, является наноразмерный источник фотонов, управляемый электрическими сигналами, совместимый с существующими полупроводниковыми технологическими процессами. Использование распространенных полупроводниковых лазеров с электрической накачкой на основе резонаторов Фабри-Перро или микрокольцевых резонаторов ограниченно большими размерами резонаторов (более 1 мкм) и фундаментальными ограничениями на уменьшение активной области структур. Оптический излучатель на основе туннельного контакта удовлетворяет требованиям по размеру и его создание возможно полностью в рамках существующего техпроцесса современной микроэлектроники. Однако, как известно, квантовая эффективность эмиссии фотонов в туннельном контакте метал-диэлектрик-метал относительно мала.Научная новизна проекта заключается в создании локального источника оптического излучения на основе туннельного контакта с увеличенной квантовой эффективностью процессов эмиссии за счет использования оптических наноантенн, расположенных в области туннельно прозрачного барьера. Данное направление исследований в настоящий момент активно развивается, однако, оптимальная конфигурация туннельного контакта с наноантенной еще не предложена и не исследована.В ходе выполнения проекта будет проведено компьютерное моделирование эмиссии фотонов из туннельного контакта, модифицированного плазмонными наноантеннами с различными геометрическими размерами для увеличения квантовой эффективности процессов рождения фотонов. В соответствии с результатами численного моделирования будут сформированы структуры наноантенн методами электронной литографии, напыления тонких слоев металлов в вакууме и взрывного удаления остатков резиста. Созданные структуры будут экспериментально исследованы методами сканирующей туннельной микроскопии с непосредственным одновременным измерением эмиссии из области туннельного контакта с наноантенной. Результаты исследований, полученные в рамках данного проекта, создадут теоретический и экспериментальный базис для создания электронно-оптического чипа, процесс производства которого совместим с существующими полупроводниковыми технологиями.