CC BY
11ВКВО-2023- РАДИОФОТНИКА И ФИС
ОПТИЧЕСКИЕ ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
В ИНТЕГРАЛЬНОМ ИСПОЛНЕНИИ НА ОСНОВЕ ФАЗОПЕРЕМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ
1 2 3 2 2
Лазаренко П.И. *, Ковалюк В.В. , Кицюк Е.П. , Проходцов А.И. , Ан П.П. ,
Голиков А.Д. 2, Якубов А.О. 1, Шерченков А.А. 1, Козюхин С.А. 4, Светухин В.В. 3,
2
Гольцман Г.Н.
1 Национальный исследовательский университет «МИЭТ», Зеленоград
2 Московский педагогический государственный университет, Москва
3 НПК "Технологический центр", Зеленоград 4 Институт общей и неорганической химии имени им. Н. С. Курнакова РАН, Москва * E-mail: [email protected] DOI 10.24412/2308-6920-2023-6-127-127
Фазопеременные полупроводниковые материалы (PCMs, phase change materials), в том числе материалы системы Ge-Sb-Te, способные обратимо изменять свое фазовое состояние и, как следствие, оптические и электрические свойства, широко используются для создания перезаписываемых электрических запоминающих устройств (PCRAM, 3D-XPoint) и оптических дисков (Blu-Ray). Кроме того, в настоящий момент данный класс материалов находит свое применение в различных перестраиваемых устройствах фотоники, в том числе в различных интегральных оптических элементах [1].
Принцип работы данных элементов основан на изменении фазового состояния тонких пленок PCM. Инициация фазовых превращений может быть осуществлена температурным воздействием, электрическим током или лазерным излучением [2]. Изменение параметров инициирующего воздействия позволяет осуществлять переключение тонких пленок Ge-Sb-Te между аморфной и кристаллической фазой, а также формировать состояния с различным соотношением аморфной и кристаллической фракций.
В данной работе демонстрируется возможность создания перестраиваемых балансных делителей сигнала, интерферометров Маха-Цендера и кольцевых резонаторов и исследуется влияние уменьшения размера и легирования функциональной области фазопеременного материала Ge2Sb2Te5 на параметры изготовленных элементов.
Интегральные фотонные элементы формировались с применением процессов электронной литографии и последующего плазмохимического травления. В качестве волноводного материала использовался Si3N4, а в качестве переключаемой области - пленка Ge2Sb2Te5 толщиной 20 нм, покрытая защитным слоем SiO2. Протяженность функциональной области варьировалась от 100 нм до 20 мкм. Состав пленки Ge2Sb2Te5 модифицировался с помощью имплантации ионов олова [3].
По результатам выполненного численного моделирования пропускания, поглощения, отражения и рассеяния, а также результатов, полученных в ходе проведения экспериментов, были определены зависимости коэффициентов ослабления сигнала изготовленных структур от протяженности областей аморфного и кристаллического Ge2Sb2Te5. Установлено влияние легирования функциональных областей на параметры изготовленных элементов. Продемонстрирована возможность использования тонких пленок Ge2Sb2Te5 для обеспечения полностью оптической многоуровневой обратимой записи и последующего энергонезависимого хранения более 8 различных уровней в одной ячейке, что соответствует 3 битам.
Полученные в работе результаты исследования фотонных интегральных элементов формируют основу для создания высокоэффективных интегрированных устройств малого размера, обеспечивающих энергонезависимое оптическое или электрическое управление параметрами оптического сигнала.
Исследования проводились в научно-исследовательской лаборатории «Материалы и устройства активной фотоники» при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (Соглашение № 075-03-2022-212/4 от 08.11.2022 г., FSMR-2022-0001).
Литература
1. N. Youngblood et al. Nature Photonics 17, 561-572 (2023)
2. Козюхин С.А. и др. Успехи химии 91, RCR5033 (2022)
3. Lazarenko P.I. et al. Acta Materialia 234, 117994 (2022)
№6 2023 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2023»
