La emisión de luz del silicio ha sido el 'Santo Grial' en la industria de la microelectrónica durante décadas. Resolver este rompecabezas revolucionaría la informática, ya que los chips serán más rápidos que nunca. Los investigadores de la Universidad Tecnológica de Eindhoven ahora tuvieron éxito: han desarrollado una aleación consilicio que puede emitir luz. Los resultados han sido publicados en la revista Naturaleza . El equipo ahora comenzará a crear un láser de silicio para integrarlo en los chips actuales.
Cada año usamos y producimos significativamente más datos. Pero nuestra tecnología actual, basada en chips electrónicos, está llegando a su límite. El factor limitante es el calor, como resultado de la resistencia que experimentan los electrones cuando viajan a través de las líneas de cobre que conectan los muchostransistores en un chip. Si queremos continuar transfiriendo más y más datos cada año, necesitamos una nueva técnica que no produzca calor. Traiga fotónica, que utiliza fotones partículas de luz para transferir datos.
A diferencia de los electrones, los fotones no experimentan resistencia. Como no tienen masa ni carga, se dispersarán menos dentro del material que atraviesan y, por lo tanto, no se produce calor. Por lo tanto, el consumo de energía se reducirá. Además, porAl reemplazar la comunicación eléctrica dentro de un chip por comunicación óptica, la velocidad de comunicación en chip y de chip a chip se puede aumentar en un factor 1000. Los centros de datos se beneficiarían más, con una transferencia de datos más rápida y un menor uso de energía para su sistema de enfriamiento.Pero estos chips fotónicos también traerán nuevas aplicaciones al alcance. Piense en un radar basado en láser para automóviles autónomos y sensores químicos para diagnóstico médico o para medir la calidad del aire y los alimentos.
la caída de electrones emite un fotón
Para usar la luz en chips, necesitará una fuente de luz; un láser integrado. El principal material semiconductor del que están hechos los chips de la computadora es silicio. Pero el silicio a granel es extremadamente ineficiente para emitir luz, por lo que durante mucho tiempo se pensó que nopapel en la fotónica. Por lo tanto, los científicos recurrieron a semiconductores más complejos, como el arseniuro de galio y el fosfuro de indio. Estos son buenos para emitir luz pero son más caros que el silicio y son difíciles de integrar en los microchips de silicio existentes.
Para crear un láser compatible con silicio, los científicos necesitaban producir una forma de silicio que pudiera emitir luz. Eso es exactamente lo que los investigadores de la Universidad Tecnológica de Eindhoven TU / e ahora lograron. Junto con investigadores de las universidades de Jena, Linzy Munich, combinaron silicio y germanio en una estructura hexagonal capaz de emitir luz. Un avance tras 50 años de trabajo.
estructura hexagonal
"El quid está en la naturaleza del llamado intervalo de banda de un semiconductor", dice el investigador principal Erik Bakkers de TU / e. "Si un electrón 'cae' de la banda de conducción a la banda de valencia, se emite un semiconductorun fotón: luz. "Pero si la banda de conducción y la banda de valencia se desplazan una con respecto a la otra, lo que se denomina un intervalo de banda indirecto, no se pueden emitir fotones, como es el caso del silicio".Sin embargo, la teoría demostró que el silicio, aleado con germanio, conformado en una estructura hexagonal tiene una brecha de banda directa y, por lo tanto, podría emitir luz ", dice Bakkers.
Sin embargo, dar forma al silicio en una estructura hexagonal no es fácil. Como Bakkers y su equipo dominan la técnica de cultivo de nanocables, pudieron crear silicio hexagonal en 2015. Se dieron cuenta de silicio hexagonal puro al cultivar nanocables hechos a partir de otro material, con una estructura de cristal hexagonal. Luego crecieron una capa de silicio-germanio en esta plantilla. Elham Fadaly, primer autor compartido de la Naturaleza documento: "Pudimos hacer esto de tal manera que los átomos de silicio se construyen sobre la plantilla hexagonal, y esto obligó a los átomos de silicio a crecer en la estructura hexagonal".
láser de silicio
Pero aún no podían hacer que emitieran luz, hasta ahora. El equipo de Bakkers logró aumentar la calidad de los depósitos hexagonales de silicio-germanio al reducir la cantidad de impurezas y defectos de cristal. Al excitar el nanocable con un láser, podríanmedir la eficiencia del nuevo material. Alain Dijkstra, también compartió el primer autor del artículo y responsable de medir la emisión de luz: "Nuestros experimentos mostraron que el material tiene la estructura correcta y que está libre de defectos. Emite luz muyeficientemente."
La creación de un láser ahora es cuestión de tiempo, piensa Bakkers. "Por ahora nos hemos dado cuenta de propiedades ópticas que son casi comparables con el fosfuro de indio y el arseniuro de galio, y la calidad de los materiales está mejorando abruptamente. Si las cosas funcionan sin problemas, podemos crearun láser basado en silicio en 2020. Esto permitiría una estrecha integración de la funcionalidad óptica en la plataforma electrónica dominante, lo que rompería las perspectivas abiertas para la comunicación óptica en chip y sensores químicos asequibles basados en espectroscopía ".
Mientras tanto, su equipo también está investigando cómo integrar el silicio hexagonal en la microelectrónica de silicio cúbico, lo cual es un prerrequisito importante para este trabajo. Este proyecto de investigación ha sido financiado por el proyecto de la UE SiLAS, coordinado por el profesor de TU / e Jos Haverkort.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Eindhoven . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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