В лаборатории MIT сделан шаг к кремниевой оптронике

В составе микроэлектронных схем светодиоды могут выполнять много полезных функций, например, применяться для измерения дистанции в датчиках приближениях, в системах автофокусировка камер и распознавания жестов. Однако, сложность интеграции светодиодов в кремниевые чипы до сих пор заставляла изготавливать их отдельно и даже на других заводах, что сильно влияло на итоговую стоимость таких систем.

Служба новостей Массачусетского технологического института (MIT) сообщила, что инженеры из Лаборатории электронных исследований (RLE) при поддержке компании GLOBALFOUNDRIES смогли изготовить кремниевую микросхему с полностью интегрированными светодиодами, достаточно яркими для самых современных сенсорных и коммуникационных приложений.

Суть открытия, представленного для конференции IEEE IEDM 2020, проходящей в виртуальном режиме на этой неделе, заключается в том, что с помощью особым образом спроектированных соединений между разными зонами диода авторам удалось значительно улучшить эффективность светоизлучения кремния, традиционно считаемого плохим источником света из-за непрямой запрещенной зоны.

Экспериментальный кремниевый светодиод работает от низкого напряжения, но дает достаточную яркость для передачи оптического сигнала по оптоволоконному кабелю на расстояние до 5 метров.

Хотя это устройство не достигает яркости коммерческих светодиодов, основанных на полупроводниках III-IV групп, оно намного превосходит все прежние попытки создания кремниевых LED. GLOBALFOUNDRIES изготавливала новые светодиоды вместе с другими микроэлектронными компонентами, с использованием стандартного производственного процесса.

Тестирование полученного светодиода также показало, что он включается и выключается быстрее, чем ожидалось. Команда RLE использовала его для передачи сигналов на частотах вплоть до 250 МГц, продемонстрировав, что новая технология вполне годится не только для сенсорных приложений, но и для эффективной передачи данных.

Достижение сотрудников MIT открывает возможности улучшения производительности LED в условиях дальнейшей миниатюризации электроники. Традиционные светодиоды на базе других полупроводников имеют неидеальные поверхности, изобилующие "оборванными связями", которые ведут к дополнительным тепловым потерям. В отличие от них, кремний дает более чистые кристаллические поверхности, что повышает конкурентоспособность светодиодов на его основе в микромасштабе.

Более того, ряд наблюдателей сходятся в мнениях, считая данное исследование этапным шагом к кремниевым компьютерам, которые во все возрастающей степени будут полагаться в работе не на электронные, а на оптические сигналы.