» »

Silicijeva zlitina, ki seva svetlobo

Silicijeva zlitina, ki seva svetlobo

IEEE Spectrum - Nizozemski raziskovalci so naposled uspeli napraviti zlitino silicija in germanija, ki seva svetlobo. To odpira vrata do silicijevih laserskih diod za optične povezave, ki bi jih bilo mogoče zgraditi med samim nastankom procesorjev.

Medtem ko se gigantske količine podatkov po internetu prevažajo po optičnih vlaknih, pa v samih računalniških čipih ničle in enice če vedno potujejo po bakrenih žičkah. In to kljub temu, da je takšen način počasnejši in energijsko potratnejši od svetlobnega. Razlog je v temeljnih značilnostih polprevodniškega silicija, na katerem slonijo integrirana vezja. Po eni strani je ta material poceni in ga je mogoče enostavno obdelovati. Po drugi pa spada med tako imenovane polprevodnike z indirektno energijsko vrzeljo. Njegov prepovedani pas v energijskih stanjih, ki ga mora elektron prečiti, da pride iz valenčnega v prevodni pas, skriva dodatne kaprice: najnižja energijska vrednost prevodnega pasu je zamaknjena glede na najvišjo vrednost valenčnega. Posledično elektron ne more samostojno "pasti" iz enega pasu v drugega, temveč potrebuje dodatno spremembo gibalne količine, na primer z odbojem od atoma silicija, čemur pravimo posredni prehod. Pri tem se običajno sprosti toplota in ne svetloba. V nasprotju s tem je v polprevodnikih z direktno energijsko vrzeljo mogoč mnogo enostavnejši neposredni prehod, pri katerem se izsevajo fotoni. Zaradi tega to drugo skupino, kamor spada denimo galijev arzenid, uporabljamo za izdelavo diod in sončnih celic, medtem ko silicij za to ni primeren.

Če želimo imeti v čipu svetlobne vire, jih je potemtakem potrebno napraviti ločeno in jih vanj vgraditi nakdnadno, kar seveda ni optimalno. Iskanje načinov, kako bi silicij pripravili do sevanja svetlobe, zato znanstvenike okupira že desetletja. Pred petdesetimi leti so nastali teoretični temelji, ki opisujejo heksagonalno kristalno strukturo, v kateri bi silicij dobil direktno energijsko vrzel (njegova običajna struktura je kubična), toda prvi tak kristal so napravili šele v preteklem desetletju. Raziskovalci na Tehniški univerzi v Eindhovnu so se do materiala dokopali tako, da so kristal zlitine silicija in germanija rasli na nanožičkah galijevega arzenida, ki mu je vsilil svojo heksagonalno strukturo. Sprva, vsej teoriji navkljub, zadeva ni želela svetiti. Znanstveniki so za to okrivili defekte in nečistoče ter se povezali z nemškimi in avstrijskimi kolegi, da so proces rasti kristala dodobra izpilili. Po petih letih garanja so sedaj naposled iz silicija iztisnili prvo svetlobo.

Oziroma, natančneje, iz zlitine, v kateri je kar 65% germanija. Z igračkanjem z deleži obeh elementov je mogoče spreminjati valovno dolžino, največjo jakost pa trenutno beležijo pri 1800 nanometrih, kar je relativno blizu 1550 nm, ki se danes uporablja v optičnih komunikacijah. Ni še povsem jasno, koliko si je tozadevno mogoče pomagati z raztegovanjem kristala, kjer se verjetno še skrivajo rezerve. Jakosti so trenutno še prenizke za praktično uporabo in ta hip še ne gre za pravi laserski vir, kljub temu pa avtorji optimistično menijo, da bi jim lahko laser uspelo napraviti že do konca letošnjega leta. Ko/če se to zgodi, bo to eden prelomnejših inženirskih podvigov ne le v optoelektroniki, temveč znanosti materialov nasploh. Seveda pa nas od tam pa do procesorjev z optičnimi vlakni namesto bakra vseeno loči še desetletje.

6 komentarjev

WhiteAngel ::

Lepo!

Ampak ne morem mimo tega, zakaj Intel ni prišel do odkritja s svojimi milijardami. Očitno mora odgovarjati svojim delničarjem in odkupuje lastne delnice s presežki :|

MrStein ::

Ali Apple! Ali Amazon! Ali Microsoft! Ali Saudi Aramco! Ali BP! Ali Volkswagen! Ali...
Motiti se je človeško.
Motiti se pogosto je neumno.
Vztrajati pri zmoti je... oh, pozdravljen!

pegasus ::

Intel v svojih razvojnih labih že kar nekaj let švasa nekaj, čemur pravijo "silicon photonics". Bo treba malo po patentih pobrskat, da bomo dobili idejo, kaj točno cmarijo. Kar so do zdaj razlagali, so dajali vtis, da jim je to že rešen problem. Če se bodo oglasili ob omembi nizozemcev, da so prvi, bodo upam dokazali, da ni bil vse to do sedaj samo marketing ;)

srus ::

Copy paste iz Wikipedije:

Rubin Braunstein of the Radio Corporation of America reported on infrared emission from gallium arsenide (GaAs) and other semiconductor alloys in 1955. Braunstein observed infrared emission generated by simple diode structures using gallium antimonide (GaSb), GaAs, indium phosphide (InP), and silicon-germanium (SiGe) alloys at room temperature and at 77 kelvins.

degraximus ::

srus je izjavil:

Copy paste iz Wikipedije:

Rubin Braunstein of the Radio Corporation of America reported on infrared emission from gallium arsenide (GaAs) and other semiconductor alloys in 1955. Braunstein observed infrared emission generated by simple diode structures using gallium antimonide (GaSb), GaAs, indium phosphide (InP), and silicon-germanium (SiGe) alloys at room temperature and at 77 kelvins.

Oni potrebujejo svetlobo na specifičen način (laser - najverjetneje samo eno frekvenco), ne neusmerjenega sevanja. Citiram vir:
Though they were able to measure light emission, their material does not yet produce a laser beam. Bakkers is confident, though, that they’ll achieve that sometime this year.

Desetletje omenjeno na koncu članka se mi zdi izredno optimistično (vsaj za karkoli praktičnega), saj avtor članka predvideva še 4-5 let za to, da uspe sproducirati praktičen laser.
He points out that there are a number of issues to be dealt with before this could be a practical silicon laser, including reducing defects in the crystal. Bakkers agrees there are challenges, but hopes to overcome them within the next four or five years.

ZaphodBB ::

MrStein je izjavil:

Ali Apple! Ali Amazon! Ali Microsoft! Ali Saudi Aramco! Ali BP! Ali Volkswagen! Ali...

Saj nima veze. Važen je zaključek pod črto. Če bi bile vse te firme državne, bi meli že 30 let hoverboarde!!!oneone11
"Naši dedje so se borili za to, da lahko odločamo
o lastni usodi - ne o usodi drugih ljudi." -jype


Vredno ogleda ...

TemaSporočilaOglediZadnje sporočilo
TemaSporočilaOglediZadnje sporočilo
»

Prva juha elektronov pri sobni temperaturi

Oddelek: Novice / Znanost in tehnologija
92978 (1650) DexterBoy
»

IBM izdelal prvi 7-nm čip

Oddelek: Novice / Procesorji
247649 (4254) Qushaak
»

Odkrit silicijev analog grafena - silicen

Oddelek: Novice / Znanost in tehnologija
176410 (4543) noraguta
»

Čistost silicija v silicijevem čipu

Oddelek: Znanost in tehnologija
192493 (2043) Athlon 64

Več podobnih tem