1000 keer efficiëntere nano-led opent deur naar snellere microchips
De elektronische dataverbindingen binnen en tussen microchips vormen steeds
meer een bottleneck in het wereldwijd exponentieel groeiende dataverkeer.
Optische verbindingen zijn de gedoodverfde opvolger, maar optische
datatransmissie vereist een adequate nanolichtbron, en die bestond nog niet.
Wetenschappers van de Technische Universiteit Eindhoven hebben nu een lichtbron
weten te maken die de juiste papieren heeft: een nano-led die 1000 keer zo
efficiënt is als zijn voorgangers, en die gigabits per seconde aankan. Ze
publiceren hierover in het online journal Nature Communications.
Cruciaal
Optische verbindingen zoals glasvezels worden steeds meer de standaard voor
dataverkeer doordat elektrische kabels tegen hun grenzen aan lopen. Op langere
afstanden is vrijwel alle datatransmissie al optisch. Ook binnen
computersystemen en microchips groeit het dataverkeer exponentieel, maar dat
verkeer is nog altijd elektronisch, en dat wordt steeds meer een knelpunt. Deze
verbindingen (‘interconnects’) zijn nu al verantwoordelijk voor het grootste
deel van het totale energieverbruik van chips. Daarom werken veel
wetenschappers wereldwijd aan het mogelijk maken van optische (fotonische)
interconnects. Cruciaal daarin is de lichtbron, die de data omzet in
lichtsignalen. Die moet klein genoeg zijn om te passen in de microscopische
structuren van microchips. Tegelijkertijd moet het uitgangsvermogen en de
efficiëntie goed zijn. Dat laatste is een uitdaging, want kleine lichtbronnen
met vermogens van nano- of microwatts, bleken tot nu toe bijna
altijd erg inefficiënt.
Verspillen
Onderzoekers aan de TU Eindhoven hebben nu een led ontwikkeld van slechts
enkele honderden nanometers groot, met een geïntegreerd lichtkanaaltje
(waveguide) voor transport van het lichtsignaal. Deze geïntegreerde nano-led
doet het qua efficiëntie zeker 1000 keer beter dan de beste elders ontwikkelde
varianten. De winst halen de Eindhovense onderzoekers vooral met de kwaliteit
van de geïntegreerde koppeling van de lichtbron (de led) en het lichtkanaaltje.
Ze verspillen daar veel minder licht en krijgen dus veel meer licht in het
kanaaltje. De efficiëntie van de nieuwe nano-led ligt nu nog tussen de 0,01
procent en 1 procent, en de onderzoekers verwachten dat ze daar binnenkort ruim
boven zitten, dankzij een nieuwe productiemethode.
Gigabits per seconde
Een andere belangrijke eigenschap van de nieuwe nano-led is dat hij is
geïntegreerd in een silicium ondergrond, op een membraan van indiumfosfide.
Silicium is hét basismateriaal voor microchips, maar het is niet geschikt voor
lichtbronnen, en dat is indiumfosfide wel. Verder blijkt uit testen dat het
nieuwe element elektrische signalen razendsnel omzet in optische signalen en
datasnelheden aankan van meerdere gigabits per seconde.
De rem
De Eindhovense onderzoekers denken dat hun nanoled een levensvatbare oplossing
is om de rem te halen van de groei van het dataverkeer in chips. Maar qua
toekomstperspectief zijn ze voorzichtig. De ontwikkeling is nog niet ver genoeg
om overgenomen te worden door de industrie, en de benodigde
productietechnologie moet nog van de grond komen.
Het paper ‘Waveguide-coupled nanopillar metal-cavity light-emitting diodes on
silicon’ verscheen op 2 februari 2017 in Nature Communications, en is te vinden
onder nummer DOI 10.1038/ncomms14323. De auteurs zijn V. Dolores-Calzadilla, B.
Romeira, F. Pagliano, S. Birindelli, A. Higuera-Rodriguez, P.J. van Veldhoven,
M.K. Smit, A. Fiore en D. Heiss.
Het onderzoek maakt deel uit van het Zwaartekrachtprogramma ‘Research Centre
for Integrated Nanophotonics’ dat aan de TU/e wordt uitgevoerd. Het Institute
for Photonic Integration van de TU/e is een van de meest toonaangevende
onderzoekscentra wereldwijd op gebied van geïntegreerde fotonica.
---------------------
Bijlagen
103 KB jpg
picture Fiore ea NCOMMS.jpg
---------------------
Als u meer wil weten kunt u contact opnemen met prof.dr. Andrea Fiore PhD
(a.fiore@xxxxxx, 06 30239122), dr. Bruno Romeira (b.m.romeira@xxxxxx, +351
914751966) or wetenschapsvoorlichter Ivo Jongsma (i.l.a.jongsma@xxxxxx, 040
2472110)
De bijgevoegde foto, gemaakt met een elektronenmicroscoop, toont de nano-led
met enkele details. De ‘grating coupler’ is het onderdeel waarmee het
lichtkanaaltje wordt gekoppeld aan een ander lichtkanaal. Credit: TU Eindhoven
---------------------
Wilt u geen e-mail meer van ons ontvangen, klik hier om uit te schrijven.
