Lys forbinder to verdener på en enkelt chip

For første gang, det lykkedes forskere ved universitetet i Twente at forbinde to dele af en elektronikchip ved hjælp af et optisk link på chip. En lysforbindelse kan være en sikker måde at forbinde en højeffektskomponent og digitale styrekredsløb på en chip uden en direkte elektrisk forbindelse. Indtil nu, imidlertid, en optisk forbindelse var ikke mulig ved hjælp af standard silicium chip teknologi. Vishal Agarwal, en UT Ph.D. studerende, lykkedes det. Han realiserede et meget lille optokoblerkredsløb, der leverer en datahastighed på Megabit i sekundet på en energieffektiv måde.

I 'smart power' chips, højeffektkomponenten kan isoleres fra de digitale styrekredsløb. Denne isolation garanterer sikker drift i anvendelsesområder som medicinsk og bilelektronik. Indtil nu, sådanne optokoblere var omfangsrige og adskilte fra chippen. En on-chip optokobler er nu blevet realiseret af Vishal Agarwal. Hans optokobler kan integreres med elektronikken ved hjælp af standard chip -teknologi (CMOS). Det er omkring 0,008 mm ² i størrelse og bruger minimal energi.

Integrering af en lyskilde og en lysdetektor på en chip er ikke trivielt. Generelt, der er behov for særlige materialer, der ikke kan introduceres i CMOS -processen. Silicium er ikke en god lyskilde i sig selv. En silicium -LED på en chip ville udsende noget infrarødt lys med lav effektivitet, mens en siliciumdetektor ikke fungerer godt med infrarødt lys. Dette er ikke et godt udgangspunkt for en optisk forbindelse. Tidligere forskning, imidlertid, af UT Ph.D. studerende Satadal Dutta, bevist, at bedre resultater kan opnås ved at tilslutte silicium -LED'en "den forkerte vej." En lavineeffekt resulterer i udsendelse af synligt lys. På samme måde, der kan laves en lysdetektor, hvor en enkelt foton kan fremkalde en lavine. Resultatet:en effektiv optisk forbindelse.

Princippet virkede. Nu, for Agarwal, udfordringen var at designe et elektronisk kredsløb, der styrer LED'en og detektoren på den bedste måde, optimering til energiforbrug, hastighed og pladsudnyttelse på chippen. For eksempel ønsker han at afbalancere den spænding, der er nødvendig for drift af lavine-mode LED (AMLED) og single foton lavine diode (SPAD), hvilket resulterer i en god forbindelse uden at spilde lys. Han skal også bestemme, hvordan lyskilden og lysdetektoren skal placeres på chippen, for den højeste effektivitet. I sit speciale, Agarwal kommer med en optokobler, der kan integreres fuldt ud i CMOS, med en datahastighed på cirka 1 megabit i sekundet og minimalt energiforbrug.