Мир электроники стоит на пороге революции благодаря недавним достижениям в области интеграции алмазов в кремниевые чипы. Уникальные свойства алмазов, такие как исключительная устойчивость к электрическому напряжению и превосходная теплоотдача, давно делают их желанным материалом в этой сфере. Однако существенные технические трудности, связанные с различием кристаллической структуры и производственными процессами, препятствовали их широкому применению. Теперь же, благодаря прорывному исследованию, эти преграды преодолены.
Команда ученых под руководством Юрия Барсукова из Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL) разработала метод, позволяющий выращивать алмазы непосредственно на кремниевых подложках, сохраняя при этом их уникальные характеристики. Ключом к успеху стал контроль «критической температуры» в процессе химического осаждения из паровой фазы. Было установлено, что при определенной температуре ацетилен способствует росту алмазов, а при более низких температурах образуется сажа, которая негативно влияет на их свойства. Кроме того, исследователи обнаружили, что добавление водорода в процесс является катализатором, улучшающим качество выращиваемых алмазов при низких температурах.
Этот прорыв имеет огромное значение не только для микроэлектроники, но и для квантовых вычислений. Алмазы с их уникальными квантовыми свойствами, в частности, с наличием NV-центров (азото-замещенных вакансий), являются идеальными кандидатами для создания кубитов, строительных блоков квантовых компьютеров. Эти центры позволяют использовать квантовые свойства алмазов, но их сохранение требует особого подхода.
В другом исследовании, ученые из PPPL и других учреждений разработали методы защиты NV-центров во время процесса обработки алмазов. Методы «отжига плазменным газом» и «холодного плазменного завершения» позволяют нанести защитный слой водорода, не затрагивая основную структуру центров. Эта работа открывает путь к созданию передовых электронных устройств и квантовых технологий нового поколения.
Таким образом, интеграция алмазов в кремниевые чипы и защита NV-центров являются значительными шагами вперед, которые могут привести к революции в электронике и квантовых вычислениях. Эти достижения обещают создание более энергоэффективных и производительных устройств, что, в конечном счете, будет иметь глубокие последствия для всего общества.
