Революционная светоизлучающего кремния

Излучающий свет из кремния был «Святой Грааль» в микроэлектронной промышленности на протяжении десятилетий. Решения этой головоломки будет революционизировать вычисления, как чипы станет быстрее, чем когда-либо. Исследователи из университета Эйндховена сейчас удалось: они разработали сплав с кремнием, что может излучать свет. Результаты были опубликованы в журнале Nature. Теперь команда будет приступить к созданию кремниевого лазера, чтобы быть интегрированы в существующие процессоры.

Каждый год мы используем и производить значительно больше данных. Но наши современные технологии, основанные на электронных чипов, достиг своего потолка. Ограничивающим фактором является тепло, возникающее в результате сопротивления, что электроны испытывают при прохождении через медные линии, соединяющие множество транзисторов на кристалле. Если мы хотим продолжать передавать все больше и больше данных каждый год, нам нужна новая техника, которая не производит тепла. Принести в фотонике, которая использует фотоны (частицы света) для передачи данных.

В отличие от электронов, фотоны не испытывают сопротивления. Так как у них нет ни массы, ни заряда, они разбегутся меньше в материал, который они проходят, и поэтому нет тепла. Таким образом, потребление энергии будет уменьшено. Кроме того, путем замены электрической связи в чип оптической связи, скорость на чип и чип-чип связи может быть увеличена на коэффициент 1000. Центры обработки данных будет наиболее полезным, с более высокую скорость передачи данных и меньшее потребление энергии для их системы охлаждения. Но эти фотонные чипы также принесет новых приложений в пределах досягаемости. Думаю лазерных радаров для самостоятельного вождения автомобилей и химических сенсоров для медицинской диагностики или для измерения качества воздуха и пищи.

Падая электрон испускает фотон

Чтобы использовать свет в чипсы, вам понадобится источник света; интегрированный лазер. Основной полупроводниковый материал, что компьютерные чипы делают из кремния. Но объемного кремния является крайне неэффективным в излучающий свет, и так долго думал, чтобы играть никакой роли в фотонике. Таким образом, ученые обратились к более сложных полупроводников, таких как арсенид галлия и фосфид Индия. Это хорошо испускать свет, но не дороже, чем у кремния, и трудно интегрировать в существующие кремниевые микрочипы.

Чтобы создать кремния совместимые лазера, ученым необходимо изготовить форму из кремния, которое может излучать свет. Это именно то, что исследователи из университета Эйндховена (tu/е) сейчас удалось. Вместе с исследователями из университетов йены, Линц и Мюнхен, они объединили кремний и Германий в гексагональную структуру, которая способна излучать свет. Прорыв после 50 лет работы.

Гексагональной структуры

«Суть в природе так называемой запрещенной зоны полупроводника», — говорит ведущий исследователь Эрик Bakkers от ту/е. «Если электрон ‘капли’ из зоны проводимости в валентную зону, полупроводник излучает фотон: свет». Но если зоны проводимости и валентной зоны смещены по отношению друг к другу, что называется непрямой запрещенной зоны, не фотоны могут быть выражены, как в случае кремния. «50-летнему теории показали, однако, что кремния, легированного германием, сформированные в гексагональную структуру имеет прямую запрещенную зону, и, следовательно, потенциально может излучать свет», — говорит Bakkers.

Обработка кремния в гексагональной структуры, однако, не легко. Как Bakkers и его команда осваивают технику выращивания нанопроволок, они смогли создать шестиугольный кремний в 2015 году. Они поняли, чисто шестиугольный кремний на первый выращивания нанопровода изготовлены из другого материала, с гексагональной кристаллической структурой. Потом они выросли в кремний-германиевой оболочки на этом шаблоне. Эльхам Fadaly, общий первый автор бумаги природы: «мы были в состоянии сделать это, например, что атомы кремния строятся на шестигранной шаблон, и это заставило атомы кремния расти в гексагональной структуре.»

Кремниевый лазер

Но они пока не смогли заставить их излучать свет, до сих пор. Команда Bakkers удалось повысить качество шестиугольный кремний-германий снарядов за счет уменьшения количества примесей и дефектов кристаллического строения. Когда возбуждающее нанопроволоке с помощью лазера, они могли измерить эффективность нового материала. Алена Дейкстры, также поделился первый автор статьи и отвечает за измерение эмиссии света: «наши эксперименты показали, что материал имеет правильную структуру, и что он без дефектов. Он излучает свет оч».

Создания лазер-это вопрос времени, Bakkers думает. «Теперь мы поняли, оптические свойства которой практически сопоставима с фосфида Индия и арсенида галлия, а качество материалов резко улучшается. Если все пройдет гладко, мы можем создать на основе кремния лазера в 2020 году. Это позволило бы более тесная интеграция оптических функций в доминирующей платформой электроники, которые сломали бы открыть перспективы для чип оптической связи и доступных химических сенсоров на основе спектроскопии».

Тем временем его команда также расследует как интегрировать шестиугольный кремний в кубических кремниевой микроэлектроники, которая является важной предпосылкой для этой работы. Этот исследовательский проект был профинансирован в рамках проекта ЕС Сайлас, координируется ту/е профессор Йос: новый.

сделать разницу: спонсорские возможности