Este dezvoltat un LED care poate fi integrat direct în cipurile de computer

Cercetătorii MIT au dezvoltat un LED luminos și eficient din siliciu în imagine, care poate fi integrat direct în cipurile de computer. Avansul poate reduce costurile și poate îmbunătăți performanțele microelectronicii care utilizează LED-uri pentru detectare sau comunicare. Credit: Amabilitatea savanților

Avansul poate reduce costurile de producție și reduce dimensiunea microelectronicii pentru detectare și comunicare.

Diodele cu lumină – LED – pot face mai mult decât să vă lumineze camera de zi. Aceste surse de lumină sunt, de asemenea, microelectronice utile.

Smartphone-urile, de exemplu, pot utiliza un senzor de proximitate cu LED-uri pentru a determina dacă țineți telefonul aproape de față (caz în care ecranul se oprește). LED-ul îți trimite un impuls de lumină pe față, iar un cronometru de pe telefon măsoară cât durează acea lumină să se reflecte înapoi în telefon, un proxy pentru cât de aproape este telefonul de fața ta. LED-urile sunt utile și pentru măsurarea distanței în camerele cu focalizare automată și recunoașterea gesturilor.

O problemă cu LED-urile: este greu să le faci din siliciu. Aceasta înseamnă că senzorii LED trebuie să fie fabricați separat de cipul de procesare pe bază de silicon al dispozitivului lor, adesea la un preț ridicat. Dar asta se poate schimba într-o zi, datorită noilor cercetări din cuLaboratorul de cercetare electronică (RLE).

Cercetătorii au fabricat un cip de siliciu cu LED-uri complet integrate, suficient de luminoase pentru a permite senzorilor de ultimă generație și tehnologiilor de comunicații. Avantajul poate duce nu numai la o producție eficientă, ci și la o performanță mai bună pentru electronica la scară nano.

Jin Xue, doctorand la RLE, a condus cercetarea, care a fost prezentată la conferința IEDM în această lună. Printre coautori ai MIT se numără profesorul Rajeev Ram, care conduce grupul RLE în optică fizică și electronică, precum și Jaehwan Kim, Alexandra Mestre, Dodd Gray, Danielus Kramnik și Amir Atabaki. Alți coautori au inclus Kian Ming Tan, Daniel Chong, Sandipta Roy, H. Nong, Khee Yong Lim și Elgin Quek, de la GLOBALFOUNDRIES.

Siliciul este utilizat pe scară largă în cipurile de computer, deoarece este abundent, ieftin și semiconductor, ceea ce înseamnă că poate bloca alternativ și permite fluxul de electroni. Această capacitate de a comuta între „oprit” și „pornit” stă la baza capacității computerului de a efectua calcule. Dar, în ciuda proprietăților electronice excelente ale siliciului, acesta nu strălucește atunci când vine vorba de proprietăți optice – siliciul este o sursă slabă de lumină. Așadar, inginerii electrici scapă adesea de material atunci când trebuie să conecteze tehnologiile LED la cipul de computer al unui dispozitiv.

Silicon LED

Aceste două imagini arată LED-urile de siliciu pornite (stânga) și oprite. Credit: Amabilitatea savanților

LED-ul de pe senzorul de proximitate al smartphone-ului dvs., de exemplu, este realizat din semiconductori III-V, așa-numiți deoarece conțin elemente din a treia și a cincea coloană a tabelului periodic. (Siliciul se află în a patra coloană.) Acești semiconductori sunt optic mai eficienți decât siliciul – produc mai multă lumină dintr-o cantitate dată de energie. (Nu vedeți lumina produsă de senzorul de proximitate deoarece este în infraroșu, nu este vizibilă.)

Și, deși senzorul de proximitate este o fracțiune din dimensiunea procesorului de siliciu al telefonului, acesta crește semnificativ costul total al telefonului. „Este nevoie de un proces de fabricație complet diferit și este o fabrică separată care produce acea parte”, spune Ram. “Deci, ideea ar fi: Puteți pune toate acestea împreună într-un singur sistem?” Echipa lui Ram a făcut exact asta.

Xue a proiectat un LED pe bază de siliciu cu joncțiuni special concepute – contacte între diferite zone ale diodei – pentru a crește luminozitatea. Această eficiență sporită: LED-ul funcționează la tensiune scăzută, dar produce încă suficientă lumină pentru a transmite un semnal prin 5 metri de cablu de fibră optică. În plus, GLOBALFOUNDRIES a produs LED-uri alături de alte componente microelectronice din siliciu, inclusiv tranzistoare și detectoare de fotoni. În timp ce LED-ul Xue nu strălucea prea mult pe un LED semiconductor tradițional III-V, a depășit cu ușurință încercările anterioare de LED-uri pe bază de siliciu.

„Procesul nostru de optimizare a modului de realizare a unui LED de siliciu mai bun a avut o îmbunătățire destul de mare în comparație cu rapoartele anterioare”, spune Xue. El adaugă că LED-urile din siliciu se pot aprinde și opri mai repede decât se aștepta. Echipa a folosit LED-uri pentru a trimite semnale la frecvențe de până la 250 megahertz, indicând faptul că tehnologia ar putea fi utilizată nu numai pentru a detecta aplicații, ci și pentru a transmite în mod eficient date. Echipa Xue intenționează să dezvolte în continuare tehnologia. Dar, spune el, „este deja o mare descoperire”.

Ram prezice o zi în care tehnologia LED poate fi încorporată direct în procesorul de siliciu al unui dispozitiv – nu este necesară o fabrică specială. „Acest lucru este conceput într-un proces microelectronic standard”, spune el. „Este o soluție cu adevărat integrată”.

În plus față de producția mai ieftină, avansarea poate îmbunătăți, de asemenea, performanța și eficiența LED-urilor, deoarece electronica se micșorează la o scară din ce în ce mai mică. Acest lucru se datorează faptului că, la o scară microscopică, semiconductorii III-V au suprafețe informale, umplute cu „conexiuni suspendate” care permit pierderea de energie mai degrabă ca căldură decât ca lumină, potrivit lui Ram. În schimb, siliciul formează o suprafață cristalină mai curată. „Putem profita de acele suprafețe foarte curate”, spune Ram. „Utilul este suficient de util pentru a fi competitiv pentru aceste aplicații la scară mică.”

“Aceasta este o dezvoltare importantă”, a spus Ming Wu, inginer electric la Universitatea din California, Berkeley, care nu a fost implicat în cercetare. „Acest lucru permite circuitelor integrate de siliciu să comunice între ele direct cu lumina în locul firelor electrice. Acest lucru este oarecum surprinzător deoarece siliciul are o bandă indirectă și în mod normal nu emite lumină. “

Siliciul „ocupă coroana în dispozitivele electronice” își va continua domnia „fără îndoială”, spune Chang-Won Lee, cercetător în domeniul opticii aplicate la Universitatea Națională Hanbat, care, de asemenea, nu a fost implicat în lucrare. Cu toate acestea, el este de acord cu Wu că această descoperire reprezintă un pas către computerele bazate pe siliciu, care sunt mai puțin dependente de comunicațiile electronice. „De exemplu, există o arhitectură optică a procesorului la care a visat industria semiconductoarelor. Raportul micro-LED-urilor pe bază de siliciu arată progrese considerabile în aceste eforturi. “

Ram este încrezător că echipa sa poate continua să rafineze tehnologia, astfel încât într-o zi LED-urile să poată fi integrate eficient și eficient în cipurile de siliciu ca standard industrial. “Nu credem că suntem aproape de partea de jos a liniei aici”, spune Ram. “Avem idei și rezultate care arată îmbunătățiri semnificative.”

Această cercetare a fost susținută de Agenția din Singapore pentru Știință, Tehnologie și Cercetare și Fundația pentru Educație Kwanjeong.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Mișcări ale electronilor de ceas în interiorul unui atom: viteza obturatorului de o milionime dintr-o miliardime de secundă

Reprezentarea artistică a experimentului. Întârzierea inerentă între emisia celor două tipuri de electroni duce la o elipsă caracteristică în datele analizate. În...

Materialul nou poate proteja mai bine soldații, sportivii și șoferii de șoc, impact și explozii

Soldații, sportivii și șoferii pot face viața mai sigură datorită unui nou proces care ar putea duce la o protecție mai eficientă și reutilizabilă...

A fost găsit cel mai vechi loc de înmormântare uman din Africa – un copil a fost îngropat în urmă cu 78.000 de ani

Vedere generală a zonei peșterii Panga ya Saidi. Observați săparea șanțului unde a fost deschisă înmormântarea. Credit: Muhammad Javad Shoaee Descoperirea celui mai...

Se preconizează că speciile non-native vor crește cu 36% în întreaga lume până în 2050

Gâscă egipteană (Alopochen aegyptiaca) originară din Africa și stabilită acum în Europa Centrală și de Vest. Credit: profesorul Tim Blackburn, UCL Se preconizează că...

Visele noastre pot fi ciudate

Această ilustrație reflectă supra-ipoteza creierului, care susține că calitatea redusă și halucinantă a viselor nu este o greșeală, ci o trăsătură particulară, deoarece ajută...

Newsletter

Subscribe to stay updated.