Современная электроника №9/2025

СТРАНИЦЫ ИСТОРИИ 57 WWW.CTA.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 9 / 2025 ды, транзисторы). В фотонных кристал- лах запрещённая зона означает полное отсутствие фотонных мод определён- ных частот. Поэтому свет этих частот просто не может распространяться в такой структуре, независимо от направ- ления. Это скорее аналог ФНЧ для опре- делённых частот света. С этой точки зрения очень привлека- тельным казался алмаз. Однако клю- чевое отличие заключается в том, что для электронов важна атомная решёт- ка с масштабами порядка десятых долей нанометра, а для фотонов критичной является макроскопическая периоди- ческая структура с периодом порядка 1000 нм. Атомная решётка природно- го алмаза имеет период около 0,36 нм, тогда как длина волны видимого све- та составляет 400–700 нм. Для возник- новения фотонной запрещённой зоны необходима периодическая структура с периодом, сравнимым с длиной вол- ны света. Именно поэтому структура SSPS, пред- ложенная Джоном и Тоадером, пред- ставляет собой искажение нестан- дартных алмазных связей, в которой спиральные рукава соединяют точ- ки, соответствующие узлам алмазной решётки, но с периодом, увеличенным примерно в 1000 раз по сравнению с атомным алмазом. Для кремниевых столбиков в воздухе предсказана полная трёхмерная фотон- ная запрещённая зона до 15% от цен- тральной частоты зоны (между 4-й и 5-й фотонными зонами). Для инверс- ной структуры (воздушные каналы в кремнии) – до 24%. Крайне важными в этой работе были технологические преимущества, заключающиеся в том, что, в отличие от сложных многостадийных литогра- фических процессов для Woodpile- структур, SSPS-кристалл мог быть изготовлен методом GLAD (Glancing Angle Deposition) практически в один технологический этап. При этом про- стое управление процессом позволя- ло точно контролировать параметры структуры, меняя изменение условий осаждения. Структурная схема метода осажде- ния под скользящим углом «Glancing Angle Deposition – GLAD» показана на рис. 7 [37]. Принцип действия этой методики заключается в осаждении высокопори- стых плёнок под экстремальными угла- ми падения. При этих косых углах, R, инициализируется процесс начальной стадии зародышеобразования, где толь- ко верхние области доступны входяще- му потоку, а рост в других областях пре- дотвращается. Ориентация подложки обеспечивается двумя шаговыми дви- гателями, которые управляются специ- ально разработанной компьютерной программой. Таким образом контроли- руется скорость осаждения и толщина кристалла в конкретной точке. В работе [38] Тоадер и Джон рассчи- тали различные варианты конструк- ций 3D SSPS PhC с очень большими и прочными трёхмерными фотон- ными запрещёнными зонами (ФЗЗ). Эти кристаллы основаны на череду- ющихся полигональных спиральных столбиках и могут быть эффективно изготовлены в больших масштабах в одностадийном процессе с использо- ванием техники GLAD. В этой работе предложены оптималь- ные варианты геометрии для спираль- ных фотонных кристаллов с учётом конкретного размера и местоположе- ния ФЗЗ в многомерном пространстве параметров, характеризующем форму каждого спирального столбика. Для оптимальной ФЗЗ спиральные рука- ва и изгибы могут значительно откло- няться от параметров исходной точеч- ной решётки. Наибольшие значения трёхмерных ФЗЗ (3D PBG – Photonic Band Gap) получаются для квадратных спи- ральных столбиков, которые навивают- ся вокруг оси [001] алмазной решётки и в которых сегменты спиральных рука- вов соединяют либо пятую, либо первую ближайшую соседнюю точку родитель- ской решётки. Для кремниевых столби- ков с диэлектрической проницаемо- стью 11,9 на воздушном фоне полная ФЗЗ (PBG) может достигать 16% от цен- тральной частоты. Для соответствую- щих воздушных столбиков на крем- ниевом фоне максимальная ФЗЗ (PBG) составит 24% от центральной частоты. Отмеченные выше две работы Джо- на были чисто теоретическими разра- ботками. Впервые структура фотонного кристалла SSPS была эксперименталь- но опробована в 2003 году [39]. Используя технологию GLAD, они изготовили образцы фотонных кри- сталлов SSPS с трёхмерной относи- тельной запрещённой зоной 10%. Эта тонкоплёночная структура была полу- чена в одноэтапном процессе GLAD. На рис. 8 показаны образцы кремни- евой SSPS структуры PhC, полученные в этой работе. Квадратная спиральная структу- ра фотонного кристалла представля- ет собой трёхмерную периодическую систему, в которой узлы алмазной решётки соединяются спиральны- ми колоннами из материала плёнки. Особенностью схемы является то, что каждый последующий «рукав» спира- ли ориентирован под прямым углом к предыдущему направлению. Основное изображение на рис. 8 показывает общий вид массива спи- ральных колонн в наклонной про- екции, демонстрирующий тетраго- нальное упорядочение спиралей на подложке. Верхняя вставка представ- ляет вид сбоку, где отчётливо видна слоистая структура с характерным зиг- загообразным профилем. Левая вставка показывает смодели- рованный вид одиночной квадратной Рис. 7. Схема метода осаждения под скользящим углом Glancing Angle Deposition – GLAD (a – источник углового осаждения; b – тонкая столбчатая плёнка; c – лабораторная и главная системы координат) a) b) Инцидентный поток Держатель подложки Начальное зароды- шеобразование Прогрессия роста Входящий поток Источник