13.04.2020 14:53 |

Photonische Chips

„Heiliger Gral der Mikroelektronik“ gefunden

Seit 50 Jahren suchen Forscher in aller Welt nach einer Möglichkeit, Laser aus Silizium oder Germanium zu bauen, um damit optisch kommunizierende Computerchips zu ermöglichen, die um ein Vielfaches schneller wären als die derzeitigen elektronischen Chips. Forschern aus den Niederlanden, Deutschland und Österreich ist es nun gelungen, eine Legierung aus Germanium und Silizium zu entwickeln, die Licht emittieren kann. Die Wissenschaftler der Technischen Universität Eindhoven bezeichnen dies als „Heiligen Gral der Mikroelektronik“. Einen Siliziumlaser zu entwickeln, der in aktuelle Chips integriert werden kann, rückt damit erstmalig in greifbare Nähe.

Elektronische Chips heizen sich auf, wenn Daten übertragen werden. Der Laptop auf den Knien wird warm; Rechenzentren benötigen Kühlaggregate mit Megawatt-Leistung. Abhilfe schaffen könnten photonische Chips - würden doch von ihnen ausgesendete Lichtpulse keine Abwärme erzeugen. Daher bemüht man sich schon lange, Laser aus Silizium oder Germanium zu bauen.

Doch bisher waren die Bemühungen vergeblich. Das Problem: Silizium ist ein schlechter Lichtemitter, weil es üblicherweise in einem kubischen Kristallgitter kristallisiert - und das ist für die Umwandlung von Elektronen in Licht nur schlecht geeignet. „Die Krux liegt in der Natur der sogenannten Bandlücke eines Halbleiters“, erklärte Erik Bakkers von der Technischen Universität Eindhoven. Im kubischen Kristallgitter sind Leitungs- und Valenzband gegeneinander verschoben, was als indirekte Bandlücke bezeichnet wird.

Doch nun rückt ein Siliziumlaser, der in aktuelle Chips integriert werden kann, erstmals in greifbare Nähe. Dem Wissenschafterteam der Technischen Unis Eindhoven und München, dem Forscher des Instituts für Halbleiter- und Festkörperphysik der Universität Linz angehörten, ist es gelungen, Germanium und Legierungen aus Germanium und Silizium mit hexagonalem Kristallgitter zu erzeugen. „Dieses Material hat eine direkte Bandlücke und kann daher selbst Licht erzeugen“, so Jonathan Finley, Professor für Halbleiter-Nanostrukturen und -Quantensysteme an der TU München.

Nur noch eine Frage der Zeit“
Schon 2015 gelang es Professor Erik Bakkers und seinem Team an der TU Eindhoven, hexagonales Silizium zu erzeugen. Dafür züchteten sie zunächst Nanodrähte aus einem anderen Material mit einer hexagonalen Kristallstruktur und überzogen diese mit einer Schicht aus Germanium und Silizium. Das darunter liegende Material zwang dabei auch der Germanium-Silizium-Legierung eine hexagonale Struktur auf.

Doch die Strukturen ließen sich zunächst nicht zum Leuchten anregen. Im Austausch mit den Kollegen am Walter-Schottky-Institut der TU München, die während der Optimierung Generation für Generation die optischen Eigenschaften analysierten, gelang es schließlich das Herstellungsverfahren so zu verbessern, dass die Nanodrähte tatsächlich Licht ausstrahlen konnten.

Einen Laser aus Germanium-Silizium-Legierungen zu bauen, der noch dazu in die gängigen Herstellungsprozesse integriert werden kann, erscheine damit nur noch eine Frage der Zeit, so die TU in einer Mitteilung.

1000 Mal schneller
„Wenn wir die elektronische Kommunikation auf einem Chip und von Chip zu Chip optisch erledigen können, so kann das die Geschwindigkeit um einen Faktor von bis zu 1000 erhöhen“, sagt Jonathan Finley. „Darüber hinaus könnten durch die direkte Kopplung von Optik und Elektronik Chips für laserbasiertes Radar für selbstfahrende Autos, für chemische Sensoren zur medizinischen Diagnose oder zur Messung der Luft- und Lebensmittelqualität dramatisch günstiger werden.“

 krone.at
krone.at
Kommentare
Eingeloggt als 
Nicht der richtige User? Logout

Willkommen in unserer Community! Eingehende Beiträge werden geprüft und anschließend veröffentlicht. Bitte achten Sie auf Einhaltung unserer Netiquette und AGB. Für ausführliche Diskussionen steht Ihnen ebenso das krone.at-Forum zur Verfügung.

User-Beiträge geben nicht notwendigerweise die Meinung des Betreibers/der Redaktion bzw. von Krone Multimedia (KMM) wieder. In diesem Sinne distanziert sich die Redaktion/der Betreiber von den Inhalten in diesem Diskussionsforum. KMM behält sich insbesondere vor, gegen geltendes Recht verstoßende, den guten Sitten oder der Netiquette widersprechende bzw. dem Ansehen von KMM zuwiderlaufende Beiträge zu löschen, diesbezüglichen Schadenersatz gegenüber dem betreffenden User geltend zu machen, die Nutzer-Daten zu Zwecken der Rechtsverfolgung zu verwenden und strafrechtlich relevante Beiträge zur Anzeige zu bringen (siehe auch AGB).

Donnerstag, 28. Mai 2020
Wetter Symbol

Produktvergleiche

Alle Produkte sehen
Ihre Cookies sind deaktiviert. Die Seite wird daher möglicherweise nicht korrekt angezeigt.