Ontwikkeling silicium dat licht kan uitstralen

Computerchips op basis van licht zouden een revolutie betekenen in de micro-electronica. Promovenda Elham Fadaly van TU Eindhoven legde de basis voor deze 'heilige graal'.

Trefwoorden: #computerchips, #Elham Fadaly, #licht, #micro-electronica, #silicium, #TU Eindhoven

Lees verder

research

( Foto: TU Eindhoven )

ENGINEERINGNET.BE - Op silicium gebaseerde microchips vormen de basis van bijna elk elektronisch apparaat. Het materiaal is goedkoop, heeft superieure elektronische eigenschappen en een volwassen verwerkingstechnologie.

Maar silicium is een inefficiënte ‘lichtemitter’, waardoor het niet bruikbaar is in laserapparatuur - de basis van snelle computers en hogesnelheidscommunicatie.

Efficiënte lichtemissie voor optische telecommunicatie vereist een infrarood golflengtegebied van 3,5-1,8 µm. Nu bestaan legeringen van silicium-germanium (SiGe) van nature uit een optisch inactieve kubische structuur. Dat zou mogelijk zijn als het silicium in een zeshoekige structuur wordt geforceerd.

Tijdens haar promotieonderzoek ontwikkelde Fadaly hoogwaardige hexagonale op silicium-gebaseerde legeringen in grote volumes. Deze legeringen bleken in staat om licht efficiënt uit te zenden en hadden uitstekende opto-elektronische eigenschappen.

Fadaly: "Ik heb de rangschikking van de atomen van de van natuurlijke kubische silicium-structuur veranderd in de veelbelovende hexagonale. Ik maakte daarvoor hexagonale nanodraad-sjablonen, een soort mal, om de gewenste kristalstructuur over te brengen op SiGe.”

Zij identificeerde verder een onconventioneel type kristaldefect in het materiaal en wist het vormingsmechanisme te doorgronden. Zo kon ze ongewenste defecten voorkomen en kristallen van hoge kwaliteit produceren.

Door de precieze samenstelling van de SiGe-legering te variëren, kon zij ook de uitgezonden golflengte over een groot bereik inregelen én de superieure optische eigenschappen behouden.

Nu de efficiënte lichtemissie in silicium is aangetoond, is een laser de volgende mijlpaal. Dit kan weer leiden tot de ontwikkeling van een op silicium gebaseerde laser of mid-infrarood lichtdetectoren, die beide compatibel zouden zijn met de huidige siliciumtechnologie.

Deze lasers kunnen worden ingezet in allerlei toepassingen, zoals telecommunicatie, LiDAR, een radar met laser voor zelfrijdende auto's, en chemische sensoren voor medische diagnose of het meten van lucht- en voedselkwaliteit.