LED Yang Dikembangkan Yang Dapat Diintegrasikan Langsung Ke Dalam Chip Komputer

Peneliti MIT telah mengembangkan LED silikon yang terang dan efisien, dalam bentuk cetakan, yang dapat diintegrasikan langsung ke chip komputer. Kemajuan dapat mengurangi biaya dan meningkatkan kinerja mikroelektronika menggunakan LED untuk deteksi atau komunikasi. Kredit: Atas kebaikan para peneliti

Kemajuan dapat mengurangi biaya produksi dan mengurangi ukuran mikroelektronika untuk deteksi dan komunikasi.

LED dapat melakukan lebih dari sekadar menerangi ruang tamu Anda. Sumber cahaya ini juga merupakan mikroelektronika yang berguna.

Ponsel cerdas, misalnya, dapat menggunakan sensor kedekatan LED untuk menentukan apakah Anda memegang ponsel di dekat wajah Anda (dalam hal ini layar mati). LED mengirimkan denyut cahaya ke wajah Anda, dan stopwatch pada ponsel mengukur seberapa banyak cahaya yang dibutuhkan untuk dipantulkan kembali ke ponsel, proxy seberapa dekat ponsel ke wajah Anda. LED juga berguna untuk mengukur jarak di kamera fokus otomatis dan pengenalan gerakan.

Satu masalah dengan LED: Sulit membuatnya dari silikon. Artinya, sensor LED harus diproduksi secara terpisah dari chip transformasi berbasis silikon perangkat mereka, seringkali dengan harga yang mahal. Tapi itu bisa berubah suatu hari nanti, berkat penelitian baru DenganLaboratorium Riset Elektronika (RLE).

Para peneliti telah membuat chip silikon dengan LED terintegrasi penuh, cukup terang untuk mengaktifkan sensor canggih dan teknologi komunikasi. Kemajuan tidak hanya dapat membawa manufaktur yang disederhanakan, tetapi juga kinerja yang lebih baik untuk elektronik skala nano.

Jin Xue, seorang mahasiswa doktoral di RLE, memimpin penelitian yang dipresentasikan pada konferensi IEDM bulan ini. Rekan penulis MIT termasuk Profesor Rajeev Ram, yang memimpin Grup Optik Fisik dan Elektronik di RLE, dan Jaehwan Kim, Alexandra Mestre, Dodd Grey, Danielus Kramnik, dan Amir Atabaki. Rekan penulis lainnya termasuk Kian Ming Tan, Daniel Chong, Sandipta Roy, H. Nong, Khee Yong Lim, dan Elgin Quek, dari perusahaan GLOBALFOUNDRIES.

Silikon banyak digunakan dalam chip komputer karena melimpah, bagus, dan merupakan semikonduktor, yang berarti dapat secara bergantian memblokir dan memungkinkan aliran elektron. Kemampuan untuk beralih antara “off” dan “on” mendasari kemampuan komputer untuk melakukan penghitungan. Namun terlepas dari sifat elektronik silikon yang sangat baik, ia tidak bersinar terang dalam hal sifat optik – silikon merupakan sumber cahaya yang buruk. Jadi insinyur listrik sering menjauh dari materi ketika mereka perlu menghubungkan teknologi LED ke chip komputer suatu perangkat.

LED silikon

Kedua gambar ini menunjukkan LED silikon hidup (kiri) dan mati. Kredit: Atas kebaikan para peneliti

LED sensor jarak ponsel cerdas Anda, misalnya, terdiri dari semikonduktor III-V, dinamakan demikian karena mengandung elemen dari kolom ketiga dan kelima pada tabel periodik. (Silikon ada di kolom keempat.) Semikonduktor ini lebih efisien secara optik daripada silikon – mereka menghasilkan lebih banyak cahaya dari jumlah energi tertentu. (Anda tidak melihat cahaya yang dihasilkan oleh sensor jarak karena itu inframerah, tidak terlihat.)

Dan meskipun sensor jarak adalah sebagian kecil dari ukuran prosesor silikon ponsel, ia menambahkan secara signifikan ke keseluruhan biaya ponsel. “Ada proses manufaktur yang sangat berbeda yang diperlukan, dan itu adalah pabrik terpisah yang memproduksi suku cadang itu,” kata Ram. “Jadi tujuannya adalah: Bisakah Anda menggabungkan semua ini dalam satu sistem?” Tim Ram melakukan itu.

Xue merancang LED berbasis silikon dengan sambungan yang direkayasa secara khusus – kontak antara berbagai area dioda – untuk meningkatkan kecerahan. Efisiensi ini ditingkatkan: LED beroperasi pada tegangan rendah, tetapi masih menghasilkan cukup cahaya untuk mengirimkan sinyal melalui kabel serat optik sepanjang 5 meter. Selain itu, GLOBALFOUNDRIES telah memproduksi LED bersama komponen mikroelektronik silikon lainnya, termasuk transistor dan detektor foton. Meskipun LED Xue tidak jauh melampaui LED semikonduktor III-V tradisional, LED Xue dengan mudah mengalahkan upaya sebelumnya pada LED berbasis silikon.

“Proses pengoptimalan kami tentang cara membuat LED silikon yang lebih baik telah mengalami peningkatan yang bagus dibandingkan laporan sebelumnya,” kata Xue. Dia menambahkan bahwa LED silikon juga bisa menyala dan mati lebih cepat dari yang diharapkan. Tim menggunakan LED untuk mengirim sinyal pada frekuensi hingga 250 megahertz, yang menunjukkan bahwa teknologi tersebut dapat digunakan tidak hanya untuk aplikasi deteksi, tetapi juga untuk transmisi data yang efisien. Tim Xue berencana untuk terus mengembangkan teknologinya. Tapi, katanya, “ini sudah merupakan langkah maju yang besar.”

Ram memprediksi hari ketika teknologi LED dapat dibangun langsung ke prosesor silikon perangkat – pabrik terpisah tidak diperlukan. “Ini dipahami dalam proses mikroelektronika standar,” katanya. “Ini solusi yang sangat terintegrasi.”

Selain manufaktur yang lebih ekonomis, kemajuan ini juga dapat meningkatkan kinerja dan efisiensi LED karena elektronik dikurangi menjadi skala yang semakin kecil. Itu karena, pada skala mikroskopis, semikonduktor III-V memiliki permukaan “ikatan gantung” yang tidak ideal dan tajam yang memungkinkan energi hilang sebagai panas dan bukan sebagai cahaya, menurut Ram. Sebaliknya, silikon membentuk permukaan kristal yang lebih bersih. “Kita bisa memanfaatkan permukaan yang sangat bersih itu,” kata Ram. “Sangat berguna menjadi kompetitif untuk aplikasi skala mikroskopis ini.”

“Ini adalah perkembangan penting,” kata Ming Wu, seorang insinyur listrik di University of California di Berkeley, yang tidak terlibat dalam penelitian tersebut. “Ini memungkinkan sirkuit terintegrasi silikon untuk berkomunikasi satu sama lain secara langsung dengan cahaya alih-alih kabel listrik. Sedikit mengejutkan bahwa silikon memiliki celah pita tidak langsung dan tidak memancarkan cahaya secara normal. “

Silikon “menempati mahkota di perangkat elektronik” akan melanjutkan pemerintahannya “tanpa keraguan,” kata Chang-Won Lee, seorang peneliti optik terapan di Universitas Nasional Hanbat, yang juga tidak terlibat dalam penelitian ini. Namun, dia setuju dengan Wu bahwa kemajuan ini merupakan langkah menuju komputer berbasis silikon yang kurang bergantung pada komunikasi elektronik. “Misalnya, ada arsitektur optik CPU yang diimpikan oleh industri semikonduktor. Rasio LED mikro berbasis silikon menunjukkan kemajuan yang signifikan dalam upaya ini. “

Ram yakin bahwa timnya dapat terus menyempurnakan teknologi tersebut sehingga suatu saat LED akan terjangkau dan terintegrasi secara efektif ke dalam chip silikon sebagai standar industri. “Kami tidak berpikir kami berada di dekat ujung garis di sini,” kata Ram. “Kami memiliki ide dan hasil yang menunjukkan peningkatan yang signifikan.”

Penelitian ini didukung oleh Singapore Agency for Science, Technology and Research, dan Kwanjeong Educational Foundation.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Topan Super Surigae menyulut Pasifik

19 April 2021 Topan super mencapai intensitas ekstrem setahun lebih banyak daripada badai era satelit mana pun. Surigae tidak akan mendarat, tetapi topan yang muncul di...

Mekanisme fotoenzim kunci yang diuraikan

Kesan artis tentang katalisis enzimatik yang diusulkan dalam mekanisme fotodekarboksilase asam lemak (Sains 2021). Kredit: Damien Sorigué Pengoperasian enzim FAP, yang berguna untuk memproduksi...

DOE Mendorong Investasi A.S. yang Agresif dalam Energy Fusion

Sinar laser energi tinggi NIF berkumpul di target di tengah kamera target. Keberhasilan mendapatkan penyalaan fusi akan menjadi langkah maju yang besar dalam...

Fisikawan menciptakan bit kuantum yang dapat mencari materi gelap

Sebuah qubit (persegi panjang kecil) dipasang pada tingkat kebiruan, yang berada di atas jari untuk menunjukkan skala. Ilmuwan di Farmland Universitas Chicago menggunakan...

Ahli paleontologi memperkirakan bahwa 2,5 miliar T. rex menjelajahi Bumi selama periode Kapur

Untuk semua mereka yang terlambatKapur Menurut sebuah studi baru, jumlah total tyrannosaurus yang pernah hidup di Bumi adalah sekitar 2,5 miliar individu, di mana...

Newsletter

Subscribe to stay updated.