俄罗斯发现铜纳米光子元件可实现低成本的CMOS兼容

莫斯科物理技术研究所(MIPT)的研究人员表明，铜纳米光子元件可以在光子器件成功地运行;以前人们认为只有金和银元件具有这些所需的性能。这意味着，基于光的计算机比以前更接近现实，因为铜比金银更便宜;另外，铜元件可以很容易地使用行业标准的CMOS制造工艺在集成电路中实现。

这些研究还提供了实际使用的铜纳米光子和等离子体元件，这些在不久的将来将被用来制造发光二极管、纳米激光器、高灵敏度传感器及移动设备转换器，以及具有数万个核心显卡的高性能光电处理器、个人计算机和超级计算机。

为什么选择等离子体?

光的衍射极限将光子元件的最小尺寸限制在约一个波长(1μm)。可以通过使用金属电介质结构克服衍射极限的基本性质，以创建真正的纳米级的光子元件。大多数金属在光学频率范围内具有负介电常数，光不能通过它们传播，穿透深度只有25纳米。但光可以转化为表面等离子体激元，波会沿金属表面传播。这使得它有可能从传统的三维光子转变为二维表面等离子体光子，或等离子体，实现光控制在100nm数量级规模上，远远超出了衍射极限。

实验制造获得成功

2012年，MIPT的研究人员发现，铜作为光学材料不仅能够与黄金竞争，甚至可以是一个更好的选择。与黄金不同，铜可以很容易地使用湿法或干法蚀刻结构，其纳米级组件可以很容易地集成到硅光子器件或电子集成电路上。这花了研究人员两年多的时间来设置实验证实这一假设。“所以，我们在制备具有光学特性的铜芯片上取得的成功丝毫不逊色于金芯片。”该项研究的领导者DmitryFedyanin说。

研究人员注意到，多晶铜薄膜的光学特性是由它们的内部结构和控制这种结构的能力决定的，实现和不断地再现所需的参数在该项技术周期中是最困难的任务。Fedyanin称，“我们对铜薄膜的椭圆偏振进行处理，然后利用纳米结构的近场扫描光学显微镜证实了这些结果。这证明了在制造纳米级等离子元件的全过程中，铜性能不受损害。”