Cuando se trata de microelectrónica, hay un elemento químico como ningún otro: el silicio, el caballo de batalla de la tecnología de transistores que impulsa nuestra sociedad de la información. Los innumerables dispositivos electrónicos que utilizamos en la vida cotidiana son un testimonio de cómo en la actualidad volúmenes muy altos deLos componentes a base de silicio se pueden producir a muy bajo costo. Parece natural, entonces, usar silicio también en otras áreas donde las propiedades de los semiconductores, como el silicio es uno, se explotan tecnológicamente, y explorar formas de integrar diferentes funcionalidades.. De particular interés en este contexto son los láseres de diodo, como los empleados en escáneres de códigos de barras o punteros láser, que generalmente se basan en arseniuro de galio GaAs. Sin embargo, desafortunadamente, los procesos físicos que crean luz en GaAs no funcionan tan bien ensilicio. Por lo tanto, sigue siendo un objetivo destacado y de larga data encontrar una ruta alternativa para realizar un 'láser sobre silicio'.
Escribiendo hoy en Letras de física aplicada , un equipo internacional liderado por los profesores Giacomo Scalari y Jérôme Faist del Instituto de Electrónica Cuántica presenta un paso importante hacia un dispositivo de este tipo. Informan sobre electroluminiscencia - generación de luz eléctrica - a partir de una estructura semiconductora basada en silicio-germanio SiGe, un material compatible con los procesos de fabricación estándar utilizados para los dispositivos de silicio. Además, la emisión que observaron se encuentra en la banda de frecuencia de terahercios, que se encuentra entre la electrónica de microondas y la óptica de infrarrojos, y es de gran interés actual con miras auna variedad de aplicaciones.
Hacer brillar la silicona
La razón principal por la que el silicio no se puede usar directamente para construir un seguimiento láser para la plantilla de GaAs tiene que ver con la naturaleza diferente de sus espacios de banda, que es directa en el último pero indirecta en el primero. En pocas palabras, en GaAslos electrones se recombinan con agujeros a través de la banda prohibida produciendo luz; en el silicio, producen calor. Por lo tanto, la acción del láser en el silicio requiere otro camino. Y lo que están haciendo el investigador de doctorado de ETH David Stark y sus colegas es explorar un nuevo enfoque.láser de cascada cuántica QCL. Los QCL logran la emisión de luz no por recombinación de agujeros de electrones a través de la banda prohibida, sino al permitir que los electrones atraviesen pilas repetidas de estructuras semiconductoras diseñadas con precisión, durante las cuales se emiten los fotones del proceso.
El paradigma QCL se ha demostrado en varios materiales, por primera vez en 1994 por un equipo que incluía a Jérôme Faist, que entonces trabajaba en Bell Laboratories en los EE. UU., Pero nunca en los basados en silicio, a pesar de las predicciones prometedoras.Convertir estas predicciones en realidad es el foco de un proyecto interdisciplinario financiado por la Comisión Europea, que reúne a un equipo de expertos líderes en el cultivo de materiales semiconductores de la más alta calidad en la Università Roma Tre, caracterizándolos en el Leibniz-Institut fürMikroelektronik en Frankfurt an der Oder y fabricarlos en dispositivos en la Universidad de Glasgow. El grupo ETH de Scalari y Faist es responsable de realizar las mediciones en los dispositivos, pero también del diseño del láser, con valores numéricos y teóricos.apoyo de socios en la empresa nextnano en Munich y en las Universidades de Pisa y Roma.
De la electroluminiscencia al láser
Con este conocimiento y experiencia combinados, el equipo diseñó y construyó dispositivos con una estructura unitaria hecha de SiGe y germanio puro Ge, de menos de 100 nanómetros de altura, que se repite 51 veces. A partir de estas heteroestructuras, fabricadas con precisión esencialmente atómica, Stark y sus colaboradores detectaron electroluminiscencia, como se predijo, y las características espectrales de la luz emergente coincidieron bien con los cálculos. Una mayor confianza en que los dispositivos funcionan según lo previsto provino de una comparación con una estructura basada en GaAs que se fabricó con una geometría de dispositivo idéntica. Mientras que la emisión de la estructura Ge / SiGe sigue siendo significativamente menor que la de su contraparte basada en GaAs, estos resultados indican claramente que el equipo está en el camino correcto. El siguiente paso será ahora ensamblar estructuras Ge / SiGe similares de acuerdo conun diseño láser que desarrolló el equipo. El objetivo final es alcanzar el funcionamiento a temperatura ambiente de un QCL basado en silicio.
Tal logro sería significativo en varios aspectos. No solo, por fin, realizaría un láser sobre un sustrato de silicio, lo que impulsaría la fotónica de silicio. La emisión de la estructura creada por Stark et al.la región de los terahercios, para la que actualmente faltan ampliamente las fuentes de luz compactas. Los QCL basados en silicio, con su potencial versatilidad y reducido costo de fabricación, podrían ser de gran ayuda para el uso a gran escala de la radiación de terahercios en campos de aplicación nuevos y existentes, desdeimágenes médicas a la comunicación inalámbrica.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Departamento de Física de ETH Zurich . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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