Лаборатория  исследования свойств магнитных и оптических микро- и наноструктур

Элеметы магнитофотоники для оптики-на-кристаллЕ

Поиск решений проблемы межсоединений в ультрабольших интегральных схемах (УБИС) является одной из актуальнейших задач микроэлектроники. Традиционные решения основаны на многоуровневой разводке соединений. В УБИС сетка соединений становится чрезвычайно сложной – от нескольких уровней в начале 2000-х (рис.) до десятков уровней в настоящее время. Это ограничивает рост производительности процессоров, снижает надежность и повышает стоимость интегральных схем.

 

Вертикальный разрез структуры чипа с пятиуровневой разводкой соединений, начало 2000-х годов, Original file)

В качестве перспективного способа решения проблемы активно исследуется возможность перехода от металлических к оптическим межсоединениям верхнего уровня УБИС, что позволит исключить перекрестные помехи, многократно повысить скорость передачи данных.

Основные элементы оптики-на-кристалле те же, что и в волоконно-оптических линиях связи: излучатель, модулятор, оптический канал, фотоприемник, демодулятор. При этом разнообразие возникающих технических задач весьма велико, так как, в отличие от известных волоконно-оптических систем, при разработке элементов оптики-на-кристалле необходимо создавать миниатюрные устройства, совместимые с технологиями УБИС. Решение ряда задач требует фундаментальных подходов по поиску новых принципов функционирования таких приборов и разработке новых материалов для их реализации.

Задачей проекта РФФИ «Магнитооптические пленки и пленочные наноструктуры для интегрально-оптических невзаимных устройств верхнего уровня УБИС» является разработка, изготовление и исследование магнитооптических пленок и пленочных наноструктур для интегрально-оптических невзаимных устройств оптики-на-кристалле – оптических изоляторов, циркуляторов, интерферометров Маха-Цандера. В оптике такие невзаимные устройства, как изоляторы, являются аналогами диода – они пропускают световой сигнал только в одном направлении. Это необходимо, например, для защиты источников сигнала от обратного отражения и для выполнения ряда других функций в оптических цепях.

Основные полученные в проекте результаты относятся к исследованию статических и динамических свойств ферритов со структурой граната. Такие материалы в виде тонких пленок и в составе гетероструктур рассматриваются как основные магнитооптические материалы для невзаимных устройств оптики-на-кристалле. Это обусловлено рекордными величинами вращения плоскости поляризации света (эффекта Фарадея) в ферритах-гранатах, легированных висмутом или церием. Другой привлекательный момент – возможности вариации свойств ферритов-гранатов благодаря большой кристаллической ячейке (160 атомов). Задача получения магнитооптического материала, соответствующего требованиям микроэлектроники к элементам оптики-на-кристалле (совместимость с кремниевыми технологиями, термостабильность и др.) сложна и является предметом активного поиска во многих исследовательских центрах.

Ряд полученных при выполнении проекта результатов относится к вопросам управления невзаимными устройствами и поиску оптимального диапазона длин волн для функционирования устройств оптики-на-кристалле. В отличие от волоконно-оптических линий связи, где диапазон длин волн (~1,55 мкм) определяется минимальными оптическими потерями для обеспечения распространения света на многие километры, в оптике-на-кристалле расстояния измеряются миллиметрами и на первый план выступают требования миниатюрности и термостабильности.

В целом полученные при выполнении проекта результаты способствуют развитию физических основ технологии оптических межсоединений верхнего уровня в ультрабольших интегральных схемах.

 

Руководитель проекта – д.ф.м.-н., профессор Логунов Михаил Владимирович.

E-mail logunov@cplire.ru, тел. +7 (495) 629-34-65.

 

Публикации по тематике проекта:

Е.А. Вилков, Г.М. Михайлов, С.А. Никитов, А.Р. Сафин, М.В. Логунов, V.N. Korenivskii, С.Г. Чигарев, Л.А. Фомин. Динамика пространственно неоднородной спиновой поляризации неравновесных электронов проводимости в магнитных переходах, ФТТ 61, 1021 (2019).

P. Stremoukhov, A. Safin, M. Logunov, S. Nikitov, and A. Kirilyuk, Spintronic terahertz-frequency nonlinear emitter based on the canted antiferromagnet-platinum bilayers, Journal of Applied Physics 125, 223903 (2019).

М.В. Логунов, С.А. Никитов, А.И. Стогний, С.С. Сафонов, А.Г. Темирязев. Эволюция петель гистерезиса плёнок ферритов-гранатов при глубоком послойном травлении, Известия РАН. Серия физическая 83, 950 (2019).

Е.А. Вилков, С.А. Никитов, М.В. Логунов, С.Г. Чигарев. Спиновая поляризация неравновесных электронов проводимости в магнитных переходах. Радиотехника и электроника, том 64, 1228 (2019).

М.В. Логунов, С.А. Никитов, А.Г. Темирязев, М.П. Темирязева, С. Джордано, Т. Матурин, Я. Душч, Н. Тиерцелин, Ф. Перно. Равновесное распределение намагниченности и процессы перемагничивания в магнитоупругих наноструктурах. Известия РАН. Серия физическая 84, 251 (2020).

 

Участие в научных мероприятиях по тематике проекта:

XXIII Международный симпозиум «Нанофизика и наноэлектроника», 11–14 марта 2019, Н. Новгород, http://nanosymp.ru/en/index. Устный доклад «Высокоскоростная динамика доменных границ в магнитных материалах», М.В. Логунов. Стендовый доклад «Статические и динамические петли гистерезиса магнитных пленок и гетероструктур», М.В. Логунов, С.А. Никитов, С.С. Сафонов, А.С. Ильин, А.И. Стогний, А.Г. Темирязев.

Заседание Научного совета РАН «Фундаментальные проблемы элементной базы информационно-вычислительных и управляющих систем и материалов для ее создания» и научного семинара по теме «Системы металлизации», 27 марта 2019, Москва, https://www.niime.ru/press-center/news/767-nauchnyy-sovet-i-nauchnyy-seminar-sistemy-metallizatsii-proshli-v-mirea/. Устный доклад «Магнитооптические пленки и пленочные наноструктуры для интегрально-оптических невзаимных устройств верхнего уровня УБИС», М.В. Логунов, С.А. Никитов.

XVII Всероссийская школа-семинар «Физика и применение микроволн» имени А.П. Сухорукова («Волны-2019»), 26–31 мая 2019, Москва, http://waves.phys.msu.ru/index.html. Устный доклад «Равновесное распределение намагниченности и процессы перемагничивания в магнитоупругих наноструктурах», М.В. Логунов, С.А. Никитов, А.Г. Темирязев, М.П. Темирязева, S. Giordano, N. Tiercelin, P. Pernod.

Российская конференция и школа молодых ученых по актуальным проблемам полупроводниковой фотоэлектроники ФОТОНИКА 2019, 27-31 мая 2019, Новосибирск, http:/www.isp.nsc.ru/photonics2019. Устный доклад «Неравновесные спиновые состояния и генерация терагерцового излучения в магнитных гетероструктурах», Е.А. Вилков, М.В. Логунов, С.А. Никитов, С.С. Сафонов, С.Г. Чигарев.

17th Magnetics and Optics Research International Symposium (MORIS 2019), 23-26 июня 2019, Прага, Чехия, https://moris2019.org. Устный доклад «Precision deep layer-by-layer etching of Bi-YIG films», M.V. Logunov, S.A. Nikitov, A.I. Stognii, S.S. Safonov, A.S. Ilin, and A.G. Temiryazev.

VII Euro-Asian SymposiumTrends in Magnetism” (EASTMAG-2019), 08–13 сентября 2019, Екатеринбург, http://eastmag2019.imp.uran.ru. Устный доклад «Thermal and non-thermal effects in laser-induced inertial domain-wall dynamic», M.V. Logunov, M.V. Gerasimov, S.V. Ilin, S.S. Safonov, A.V. Spirin, Yu.N. Nozdrin, I.D. Tokman, Y. Dusch, P. Pernod, and S.A. Nikitov.

4th Ultrafast Magnetism Conference (UMC 2019), 14-17 октября 2019, Йорк, Великобритания, https://umc2019.york.ac.uk. Устный доклад «Measurements of nanoscale domain-wall dynamics», M V Logunov and S A Nikitov.

Международная конференция «Математическое моделирование в материаловедении электронных компонентов», 21–23 октября 2019, Москва, http://www.ccas.ru/kksitevc/conf2019/index.html. Устный доклад «Доменные границы в магнитоупругих гетероструктурах: моделирование и эксперимент», М.В. Логунов, С.А.  Никитов, С.А. Осокин, А.Г. Темирязев, М.П. Темирязева, S. Giordano, T. Mathurin, Y. Dusch, N. Tiercelin, P. Pernod.

 

 

с 07.04.2016