آخرین قطعه گم شده در جعبه ابزار فوتونیک سیلیکونی پیدا شد!
گردو دانلود: پیشرفت بزرگی در فوتونیک سیلیکونی رخ داده که با این پیشرفت، آخرین قطعه گم شده در جعبه ابزار فوتونیک سیلیکونی پیداه شده و به واقعیت پیوسته است.
به گزارش گردو دانلود به نقل از ایسنا، یک گروه تحقیقاتی بین المللی نخستین لیزر نیمه هادی با پمپاژ الکتریکی و کارکرد پیوسته را طراحی نموده اند که به آسانی با سیلیکون ادغام می شود. این موفقیت توسط دانشمندان مرکز تحقیقاتی یولیش (FZJ)، دانشگاه اشتوتگارت، مؤسسه میکروالکترونیک با عملکرد بالای لایبنیتس (IHP) و شریک فرانسوی آنها در این مطالعه یعنی مؤسسه CEA-Leti محقق شده است. این لیزر که بطورکامل از عناصر گروه IV (معروف به گروه سیلیکون در جدول تناوبی) تولید شده، از لایه های فوق نازک سیلیکون-ژرمانیم-قلع و ژرمانیم-قلع تشکیل شده و مستقیم بر روی ویفر سیلیکونی رشد داده شده است. این موفقیت پژوهشگران مسیر را برای توسعه فوتونیک یکپارچه روی تراشه هموار می کند. نتایج این مطالعه در قالب مقاله ای در مجله Nature Communications انتشار یافته است.
رشد سریع هوش مصنوعی (AI) و اینترنت اشیاء (IoT) تقاضا برای سخت افزارهای قدرتمند و کم مصرف را افزایش داده است. سیستم های انتقال دیتای نوری، با قابلیت انتقال حجم عظیمی از داده ها و کاهش اتلاف انرژی، هم اکنون برای فواصل بالاتر از یک متر به شدت مورد تقاضا است و حتی برای فواصل کوتاه تر نیز چنین فناوری مزایایی دارد. این پیشرفت پژوهشگران به آینده ای اشاره می کند که در آن تراشه های میکرونی با مدارهای فوتونیک یکپارچه (PICs) کم هزینه، صرفه جویی قابل توجهی در هزینه ها و بهبود عملکرد را به همراه خواهند داشت.
در سالیان اخیر، پیشرفت های قابل توجهی در ادغام یکپارچه اجزای نوری فعال روی تراشه های سیلیکونی حاصل شده است. اجزای کلیدی مانند مدولاتورهای پرکاربرد، آشکارسازهای نوری و موج برها توسعه یافته اند.
با این وجود، چالش طولانی مدت، نبود یک منبع نور کارآمد با پمپاژ الکتریکی بود که تنها از نیمه هادی های گروه IV استفاده نماید. تاکنون، چنین منابع نوری بر پایه مواد گروه III-V ساخته می شدند که ادغام آنها با سیلیکون دشوار و پرهزینه است.
این لیزر جدید این شکاف فناورانه را پر کرده و با فناوری متداول CMOS برای ساخت تراشه ها سازگار است و می تواند به آسانی در فرآیندهای تولید سیلیکون موجود ادغام شود. بدین سبب می توان آنرا به عنوان «آخرین قطعه گم شده» در جعبه ابزار فوتونیک سیلیکونی درنظر گرفت.
برای نخستین بار، پژوهشگران عملکرد پیوسته یک لیزر گروه IV با پمپاژ الکتریکی روی سیلیکون را نمایش داده اند. برخلاف لیزرهای قبلی ژرمانیم-قلع که به پمپاژ نوری با مصرف انرژی بالا متکی بودند، این لیزر جدید با تزریق جریان کم تنها ۵ میلی آمپر (mA) در ولتاژ ۲ ولت (V) کار می کند که مشابه مصرف انرژی یک دیود نشر نور (LED) است. با ساختار پیشرفته چاه های کوانتومی چندگانه و هندسه حلقوی، این لیزر مصرف انرژی و تولید گرما را به حداقل می رساند و امکان عملکرد پایدار تا دمای ۹۰ کلوین (K) یا منفی ۱۸۳.۱۵ درجه سانتی گراد را فراهم می آورد.
این لیزر که بر روی ویفرهای سیلیکونی استاندارد مشابه آنهائیکه برای ترانزیستورهای سیلیکونی استفاده می شوند، رشد داده شده، نخستین لیزر گروه IV واقعاً قابل استفاده شمرده می شود. البته بهینه سازی های بیشتری برای کاهش آستانه لیزر و دستیابی به عملکرد در دمای اتاق مورد نیاز است. با این وجود، موفقیت لیزرهای قبلی ژرمانیم-قلع با پمپاژ نوری که در عرض چند سال از عملکرد در دمای کرایوژنیک به دمای اتاق رسیده اند، مسیر روشن و امیدوارکننده ای را نشان میدهد.
در یک لیزر با پمپاژ نوری، یک منبع نور خارجی برای تولید نور لیزر مورد نیاز است، در صورتیکه لیزر با پمپاژ الکتریکی، نور را هنگامی که جریان الکتریکی از دیود عبور می کند، تولید می کند. لیزرهای با پمپاژ الکتریکی به طور معمول انرژی کمتری مصرف می کنند، برای اینکه برق را مستقیم به نور لیزر تبدیل می کنند.
این گروه تحقیقاتی به رهبری دکتر بوکا از مرکز تحقیقاتی یولیش (PGI-۹) سال هاست که بر روی آلیاژهای گروه IV مبتنی بر قلع کار می کنند و با شرکایی مانند IHP، دانشگاه اشتوتگارت، CEA-Leti، C2N-Université Paris-Sud و Politecnico di Milano با او همکاری داشته اند. آنها قبل تر پتانسیل این مواد را در کاربردهای فوتونیک، الکترونیک، ترموالکتریک و اسپینترونیک نشان داده اند. با این موفقیت جدید، چشم انداز فوتونیک سیلیکونی به عنوان یک راهکار جامع برای تراشه های نسل بعدی حال دردسترس است.
منبع: گردو دانلود
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب