Випромінювання світла кремнієм було Святим Граалем мікроелектронної промисловості протягом десятиліть. Вирішення цієї головоломки здійснило б революцію в обчисленнях, оскільки мікросхеми стануть швидшими, ніж коли-небудь раніше.
Вчені з Ейндховенського технологічного університету розробили сплав з кремнію, здатний випромінювати світло. Результати були опубліковані в журналі “Nature”. Тепер команда розробляє кремнієвий лазер, який буде інтегровано в сучасні чіпи.
Кремнієвий лазер
Сучасна технологія, заснована на напівпровідниках, досягає своєї межі. Обмежувальним фактором є тепло, що виникає в результаті спротиву, яке виділяють електрони, проходячи через мідні лінії, що з’єднують безліч транзисторів в мікросхемі. Для подальшого розвитку передачі даних потрібна нова технологія, яка не виробляє тепла.
На відміну від електронів, фотони не відчувають опору. Оскільки вони не мають маси або заряду, вони будуть менше розсіюватися в межах матеріалу, через який вони проходять, і тому не виробляють тепла. Таким чином, споживання енергії буде знижено. Більш того, замінивши електричний зв’язок всередині чіпа на оптичний, швидкість обміну даними між чіпами може бути збільшена в 1000 разів.
Центри обробки даних виграють від цього найбільше, завдяки більш швидкій передачі даних і меншому споживанню енергії для систем охолодження. Але ці фотонні чіпи можуть бути використані в нових областях застосування. Подумайте про лазерний радар для автономних автомобілів і хімічних датчиків для медичної діагностики або для вимірювання якості повітря та продуктів харчування.
Використання світла в чіпах вимагає вбудованого лазера. Основним напівпровідниковим матеріалом, з якого виготовлені комп’ютерні чіпи, є кремній. Але об’ємний кремній вкрай неефективний у випромінюванні світла, і довгий час вважалося, що він не відіграє ніякої ролі у фотоніці. Тому вчені звернулись до більш складних напівпровідників, таких як арсенід галію і фосфід індію. Вони добре випромінюють світло, але коштують дорожче кремнію, і їх важко інтегрувати в існуючі кремнієві мікросхеми.
- VIPE Holodeck – нова серед віртуальної реальності, створена для навчання і тренувань солдатів
- Вперше випробуваний ракетний двигун, що працює від обертових вибухів
- Вчені збираються створювати м’ясо з повітря
Для створення лазера, сумісного з кремнієм, вченим необхідно виробити форму кремнію, який може випромінювати світло. Вчені з Ейндховенського технологічного університету (TU/e) разом з дослідниками з Енського, Лінцького і Мюнхенського університетів об’єднали кремній і германій в шестикутну структуру, здатну випромінювати світло, що стало проривом після 50 років роботи.
Але якщо смуга провідності і валентна смуга зміщені щодо один одного, що називається непрямим зазором смуги, то фотони не можуть випромінюватися, як в кремнії.
Формування кремнію в гексагональну структуру, однак не є легкою справою. Оскільки Баккерс і його команда оволоділи технікою вирощування нанодротів, їм вдалося створити гексагональний кремній в 2015 році. Чистий гексагональний кремній вони отримали шляхом першого вирощування нанодротів з іншого матеріалу з гексагональною кристалічною структурою. Потім вони виростили кремнієво-германієву оболонку на цьому шаблоні. Ельхам Фадалі, один з авторів статті, каже:
Але вони не могли змусити їх випромінювати світло, дотепер. Команді Баккерса вдалося підвищити якість шестикутних кремнієво-германієвих оболонок шляхом зменшення кількості домішок і дефектів кристалів. При порушенні нанодроту лазером, вони могли виміряти ефективність нового матеріалу. Ален Дійкстра (Alain Dijkstra), перший автор і дослідник, відповідальний за вимірювання світлового випромінювання, говорить:
Створення лазера – це питання часу, говорить Баккерс.
Тим часом його команда також досліджує, як інтегрувати гексагональний кремній в мікроелектроніку кубічного кремнію, що є важливою передумовою для цієї роботи.
Натхнення: econet.ru