Акция
Блог
Процитировать
Печать
Электронная почта
ЗакладкаНаука Каждый День (5 февраля 2010) — исследователи Массачуссетского технологического института продемонстрировали первый лазер, построенный из германия, который может произвести длины волны света, полезного для оптической коммуникации. Это - также первый лазер германия, который будет управлять при комнатной температуре. В отличие от материалов, типично используемых в лазерах, германий легок соединиться в существующие процессы для производственного кремниевого жареного картофеля. Таким образом результат мог доказать важный шаг к компьютерам, которые перемещают данные - и возможно даже выполняют вычисления - использующий свет вместо электричества. Но более существенно, исследователи показали, что вопреки предшествующей вере класс материалов, названных полупроводниками косвенной ширины запрещенной зоны, может привести к практическим лазерам.
- Оптика
- Электроника
- Наука Материалов
- Информатика
- Информационная технология
- Мобильные вычисления
- Интегральная схема
- Полупроводник
- Германий
- Инфракрасный
Как вычислительные полные увеличения жареного картофеля, они нуждаются в связях более высокой полосы пропускания, чтобы послать данные в память. Но обычные подключения к электросети скоро станут непрактичными, потому что они потребуют слишком большой власти транспортировать данные по когда-либо более высоким нормам. Передавая данные с лазерами - устройства, которые концентрируют свет в узкий, сильный луч - могли быть намного более эффективными властью, но это требует дешевому способу объединить оптические и электронные компоненты на кремниевом жареном картофеле.
Собрание чипа - кропотливый процесс, в котором слои различных материалов депонированы на вафле кремния, и образцы гравированы в них. Вставка нового материала в этот процесс является трудной: это должно быть в состоянии к химически облигации к слоям выше и ниже этого, и внесение этого должно быть возможным в температурах и в химической окружающей среде, подходящей для других материалов.
Материалы, используемые в сегодняшних лазерах, таких как арсенид галлия, являются "всеми жесткими судорогами," говорит Тремонт Миэо, директор по маркетингу в находящемся в Массачусетсе Аналоговом Полупроводнике Устройств. "Они все бросают вызов интеграции." Как следствие, лазеры должны быть построены отдельно и затем привиты на жареный картофель, который является более дорогим и отнимающим много времени, чем построение их непосредственно на кремнии было бы. Кроме того, арсенид галлия намного более дорог чем кремний во-первых.
Объединение германия в производственный процесс, однако, является кое-чем, что почти все главные изготовители чипа уже начали делать, так как дополнение германия увеличивает скорость кремниевого жареного картофеля. "Мы и много других людей знаем, как сделать это," говорит Миэо.
Ненаправленные энергии
Арсенид галлия, кремний, и германий - все примеры полупроводников, тип материала, используемого в фактически всей современной электронике. Лазеры, сделанные из полупроводников, преобразовывают энергию электронов - частиц обвинения - в фотоны - частицы света. Полупроводники входят в два варианта: те с прямыми ширинами запрещенной зоны, как арсенид галлия, и те с косвенными ширинами запрещенной зоны, как германий и кремний. Согласно Жюржену Мишелю, руководитель исследует партнера в Электронной Исследовательской группе Материалов и первичного исследователя на лазерном германием проекте, "было мнение в научной области, что полупроводники косвенной ширины запрещенной зоны никогда не будут излучать когерентный свет" - то есть, производить лазерный свет. "Это только, что Вы преподаете в классах," говорит Лионель Кимерлинг, Профессор Бога Томаса Науки Материалов и Разработки, кто ведет группу.
В кристалле полупроводника взволнованном электроне - один этому добавили энергию к этому - вырвется на свободу и войдет в так называемую группу проводимости, куда это может переместиться свободно вокруг кристалла. Но фактически, электрон в группе проводимости может быть в одном из двух государств. Если это будет в первом государстве, и это падает из группы проводимости, то это выпустит свою дополнительную энергию как фотон. Если это будет во втором государстве, то это выпустит свою энергию другими способами, такими как высокая температура.
В материалах прямой ширины запрещенной зоны первое государство - испускающее фотон государство - является государством более низкой энергии чем второе государство; в материалах косвенной ширины запрещенной зоны это наоборот. Взволнованный электрон естественно займет государство самой низкой энергии, которое он может найти. Так в материалах прямой ширины запрещенной зоны, взволнованные электроны имеют тенденцию входить в испускающее фотон государство, и в материалах косвенной ширины запрещенной зоны, они не делают.
Соединение промежутка
В предстоящей газете в Письмах Оптики журнала, Kimerling, Мишеле и трех других исследователях в группе - постдоктор Джифенг Лиу, ведущий автор на бумаге, и Солнце студентов градиента Ксиэокэна и Родолфо Кэмакхо-Агуилера - описывают, как они уговорили взволнованные электроны германия в более высокую энергию, испускающее фотон государство.
Их первая стратегия - техника, обычная в производстве микросхем, названном "допингом", в котором атомы некоторого другого элемента добавлены к кристаллу полупроводника. Группа лакировала свой германий с фосфористым, у которого есть пять внешних электронов. У германия есть только четыре внешних электрона, "таким образом каждый фосфористый дает нам дополнительный электрон," говорит Кимерлинг. Дополнительный электрон заполняет государство более низкой энергии в группе проводимости, вызывая взволнованные электроны к, эффективно, перетеките в более высокую энергию, испускающее фотон государство.
Согласно теоретической работе группы, фосфористому допингу "работы лучше всего над 1020 атомами за кубический сантиметр" германия, объясняет Кимерлинг. Пока, группа развила технику, которая может добавить 1019 фосфористых атомов к каждому кубическому сантиметру германия, "и мы уже начинаем видеть излучение когерентного света," говорит Кимерлинг.
Вторая стратегия состояла в том, чтобы понизить различие энергии между двумя государствами группы проводимости так, чтобы взволнованные электроны, более вероятно, перетекли в испускающее фотон государство. Исследователи сделали это, приспосабливая другую технику, обычную в чип индустрии: они "напрягли" германий - или вырвали его атомы немного дальше обособленно, чем они будут естественно - выращивая его непосредственно сверху слоя кремния. И кремний и германий были депонированы в высоких температурах. Но кремний не заключает контракт столько, сколько германий, когда это охлаждается. Атомы охлаждающегося германия попытались поддержать свое выравнивание с кремниевыми атомами, таким образом они закончили дальше обособленно, чем они обычно будут. Изменение угла и длины связей между атомами германия также изменило энергии, требуемые пинать их электроны в группу проводимости." Способность вырастить германий на кремнии является открытием этой группы," говорит, что Кимерлинг, "и способность управлять напряжением тех фильмов германия на кремнии являются открытием этой группы."
"Быстродействующие оптические кругообороты как германий вообще," говорит Миэо. "Это - хороший брак и хорошая комбинация. Таким образом их лазерное исследование очень, очень многообещающее." Miao указывает, что лазеры германия должны стать более эффективными властью прежде, чем они будут практическим источником света для оптических систем коммуникаций. "Но с другой стороны," говорит он, "обещание является захватывающим, и факт, что они заставили германий излучать когерентный свет вообще, является очень захватывающим."
Источник Истории:
Приспособленный от материалов обеспечил Массачусетским технологическим институтом. Оригинальная статья, написанная Ларри Хардести.
Отметьте: Если никакому автору не дают, источник процитирован вместо этого.
Жареный картофель Сверхпроводимости, Чтобы Стать
Действительностью 
'Недолговечный Лазер' К Передаче данных Скорости,
Комбинируя Лазерный Свет С Кремнием 
Гигантские Материалы Magnetocaloric Могли Оказать Большое Влияние На Окружающую среду 
Работа Полутерагерца: Команда Технологии/IBM Джорджии
Демонстрирует Первые Транзисторы Кремниевого германия на 500 ГГц 
Первый Гибридный Кремниевый Лазер В мире: Чип, Который
Испускает И Ведет Свет, Мог Вести Кремниевый Photonics 