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咱们可以或许制作出与硅芯片兼容的发光二极管

来源:admin  点击数:  时间:2019-02-18 13:21

  咱们可以或许制作出与硅芯片兼容的发光二极管(LED)该器件由称为钼二碲化物的半导体材料制成。这种超薄半导体属于一种新兴的材料,称为二维过渡金属二硫属化物。

  Jarillo-Herrero说,该设备是一个概念验证,在将手艺开辟成贸易产物之前还需要做大量的工作。

  例如,大大都电信系统利用波长为1.3或1.5微米的光进行操作,Jarillo-Herrero说。

  在保守的半导体中,这凡是通过将化学杂质引入材猜中来完成。然而,对于新的2-D材料,能够通过简单地在材料顶部并排放置的金属栅电极上施加电压来完成。

  为了将这种材料用作光发射器,研究人员起首必需将其转换为PN结二极管,此中一侧(P侧)带正电,而另一侧(N侧)带负电。

  “因而,通过利用由二碲化钼制成的二极管,我们可以或许制造出与硅芯片兼容的发光二极管(LED),”Jarillo-Herrero说。

  处理互连瓶颈的一种方式是利用光而不是电线在微芯片的分歧部门之间进行通信。然而,麻省理工学院物理学副传授Pablo Jarillo-Herrero认为,这不是一件容易的事,由于硅(用于制造芯片的材料)不易发光。

  “但愿若是我们可以或许通过光信号而不是电子信号进行片上通信,我们将可以或许更快地完成这项工作,同时耗损更少的电力,”Jarillo-Herrero说道。

  “研究人员不断在勤奋寻找与硅兼容的材料,以便在芯片上实现光电子和光通信,但到目前为止,这曾经证明很是坚苦,”Jarillo-Herrero说。“例如,砷化镓很是适合光学,但因为两种半导体不相容,因而不克不及很容易地在硅上发展。”

  Jarillo-Herrero暗示,与保守半导体分歧,这种材料可堆叠在硅晶片上。

  此刻,在今天颁发在“ 天然纳米手艺 ”杂志上的一篇论文中,研究人员描述了一种能够集成到硅CMOS芯片中的光发射器和探测器。该论文的第一作者是麻省理工学院博士后Ya-Qing Bie,由Jarillo-Herrero和一个跨学科团队插手,此中包罗麻省理工学院电子工程和计较机科学副传授Dirk Englund。

  近几十年来,通过将更多的晶体管压缩到微芯片上更紧凑的空间,实现了计较机能的大幅提拔。

  西班牙巴塞罗那光子科学研究所量子纳米光电子学传授Frank Koppens暗示,本文通过实现高机能硅CMOS兼容光源填补了集成光子学的主要空白。在研究中。

  “我们很是但愿能开辟出一品种似的材料,它能够发射和检测波长为1.3或1.5微米的光,通过光纤进行通信,”他说。

  将其他半导体与硅集成的另一个坚苦是材料凡是在可见光范畴内发光,但这些波长的光仅由硅接收。

  通过反转施加到器件的电压的极性,该器件也能够切换为光电探测器。这导致它遏制导电,直到光照在其上,当电流从头启动时。

  为此,研究人员正在摸索另一种称为黑磷的超绵力料,通过改变所用的层数,能够对其进行调谐以发出分歧波长的光。他们但愿开辟具有需要数量的层的器件,以答应它们在两个波长下发光,同时连结与硅兼容。

  “这是一个严重冲破,由于这意味着我们不需要在材猜中引入化学杂质[以缔造二极管]。我们能够用电来做,“Jarillo-Herrero说。

  比拟之下,Jarillo-Herrero说,二维钼二碲化物能够机械毗连到任何材料上。

  “这项工作表白,二维材料和Si-CMOS和硅光子学是生成的婚配,我们必定会在将来几年看到更多的使用来自这个[区域],”Koppens说。

  然而,这种缩小尺寸还意味着将微处置器内的布线更慎密地封装在一路,导致诸如元件之间的信号泄露之类的效应,这可能减慢芯片的分歧部门之间的通信。这种被称为“互连瓶颈”的延迟正在成为高速计较系统中日益严峻的问题。激光通讯

  然而,二碲化钼发光为1.1微米。这使其合用于计较机中的硅芯片,但不合用于电信系统。

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