Mere effektiv nano-LED åbner døren til hurtigere mikrochips

De elektroniske dataforbindelser inden for og mellem mikrochips bliver i stigende grad en flaskehals i den eksponentielle vækst i datatrafik på verdensplan. Optiske forbindelser er de åbenlyse efterfølgere, men optisk datatransmission kræver en passende lyskilde i nanoskala, og dette har manglet. Forskere ved Eindhoven University of Technology (TU/e) har nu skabt en lyskilde, der har de rigtige egenskaber:en nano-LED, der er 1000 gange mere effektiv end sine forgængere, og er i stand til at håndtere gigabit pr. sekund datahastigheder. De har offentliggjort deres resultater i online-tidsskriftet Naturkommunikation .

Nano- eller mikrowatt

Med elektriske kabler når deres grænser, optiske forbindelser som glasfiber bliver i stigende grad standarden for datatrafik. Over længere afstande er næsten al datatransmission optisk. Inden for computersystemer og mikrochips, også, væksten i datatrafik er eksponentiel, men den trafik er stadig elektronisk, og dette bliver i stigende grad en flaskehals. Da disse forbindelser ("sammenkoblinger") tegner sig for størstedelen af ​​den energi, der forbruges af chips, mange forskere rundt om i verden arbejder på at muliggøre optiske (fotoniske) forbindelser. Afgørende for dette er lyskilden, der konverterer dataene til lyssignaler, som skal være små nok til at passe ind i mikrochips mikroskopiske strukturer. På samme tid, outputkapaciteten og effektiviteten skal være god. Især effektiviteten er en udfordring, som små lyskilder, drevet af nano- eller mikrowatt, har altid præsteret meget ineffektivt til dato.

Mindre lys går tabt

Forskere ved TU Eindhoven har nu udviklet en lysemitterende diode (LED) på nogle hundrede nanometer med en integreret lyskanal (bølgeleder) til at transportere lyssignalet. Denne integrerede nano-LED er 1000 gange mere effektiv end de bedste varianter udviklet andre steder. De Eindhoven-baserede forskere har især gjort fremskridt i kvaliteten af ​​den integrerede kobling af lyskilden og bølgelederen, hvorved meget mindre lys går tabt og derfor kommer langt mere lys ind i bølgelederen. Effektiviteten af ​​den nye nano-LED ligger i øjeblikket mellem 0,01 og 1 procent, men forskerne forventer snart at være langt over dette tal takket være en ny produktionsmetode.

Membran

Et andet centralt kendetegn ved den nye nano-LED er, at den er integreret i et siliciumsubstrat på en membran af indiumphosphid. Silicium er grundmaterialet til mikrochips, men er ikke egnet til lyskilder, mens indiumphosphid er det. Desuden, test viser, at det nye element hurtigt konverterer elektriske signaler til optiske signaler og kan håndtere datahastigheder på flere gigabit i sekundet.

Forskerne i Eindhoven mener, at deres nano-LED er en levedygtig løsning, der vil fjerne bremsen fra væksten i datatrafik på chips. Imidlertid, de er forsigtige med udsigterne. Udviklingen er endnu ikke på det stadie, hvor den kan udnyttes af industrien, og den produktionsteknologi, der skal til, skal stadig i gang.