ธาตุซิลิคอน
โดย:
PB
[IP: 37.19.214.xxx]
เมื่อ: 2023-06-09 22:27:52
ทุกๆ ปี เราใช้และผลิตข้อมูลมากขึ้นอย่างมาก แต่เทคโนโลยีปัจจุบันของเราซึ่งใช้ชิปอิเล็กทรอนิกส์กำลังถึงเพดาน ปัจจัยจำกัดคือความร้อน ซึ่งเป็นผลมาจากความต้านทานที่อิเล็กตรอนสัมผัสเมื่อเดินทางผ่านเส้นทองแดงที่เชื่อมต่อทรานซิสเตอร์หลายตัวบนชิป หากเราต้องการถ่ายโอนข้อมูลอย่างต่อเนื่องทุกปี เราจำเป็นต้องมีเทคนิคใหม่ที่ไม่ก่อให้เกิดความร้อน นำโทนิคส์มาใช้ซึ่งใช้โฟตอน (อนุภาคแสง) เพื่อถ่ายโอนข้อมูล ตรงกันข้ามกับอิเล็กตรอน โฟตอนไม่มีความต้านทาน เนื่องจากพวกมันไม่มีมวลหรือประจุ พวกมันจะกระจายน้อยลงภายในวัสดุที่พวกมันเดินทางผ่าน ดังนั้นจึงไม่เกิดความร้อน การใช้พลังงานจึงลดลง ยิ่งไปกว่านั้น การแทนที่การสื่อสารทางไฟฟ้าภายในชิปด้วยการสื่อสารด้วยแสง ทำให้ความเร็วของการสื่อสารบนชิปและชิปต่อชิปสามารถเพิ่มขึ้นได้ 1,000 เท่า ศูนย์ข้อมูลจะได้รับประโยชน์มากที่สุด ด้วยการถ่ายโอนข้อมูลที่เร็วขึ้นและการใช้พลังงานน้อยลงสำหรับพวกเขา ระบบระบายความร้อน แต่ชิปโทนิคเหล่านี้จะนำมาซึ่งแอปพลิเคชันใหม่ที่อยู่ใกล้แค่เอื้อม ลองนึกถึงเรดาร์ที่ใช้เลเซอร์สำหรับรถยนต์ไร้คนขับและเซ็นเซอร์เคมีสำหรับการวินิจฉัยทางการแพทย์หรือการวัดคุณภาพอากาศและอาหาร การทิ้งอิเล็กตรอนจะปล่อยโฟตอนออกมา หากต้องการใช้แสงในชิป คุณจะต้องมีแหล่งกำเนิดแสง เลเซอร์ในตัว วัสดุเซมิคอนดักเตอร์หลักที่ทำจากชิปคอมพิวเตอร์คือซิลิกอน แต่ซิลิคอนจำนวนมากนั้นไม่มีประสิทธิภาพอย่างมากในการเปล่งแสง และคิดกันมานานแล้วว่าจะไม่มีบทบาทในโฟโตนิกส์ ดังนั้น นักวิทยาศาสตร์จึงหันไปหาสารกึ่งตัวนำที่ซับซ้อนมากขึ้น เช่น แกลเลียมอาร์เซไนด์และอินเดียมฟอสไฟด์ สิ่งเหล่านี้สามารถเปล่งแสงได้ดี แต่มีราคาแพงกว่าซิลิคอนและยากที่จะรวมเข้ากับชิปซิลิคอนที่มีอยู่ ในการสร้างเลเซอร์ที่เข้ากันได้กับซิลิกอน นักวิทยาศาสตร์จำเป็นต้องสร้างรูปแบบของซิลิกอนที่สามารถเปล่งแสงได้ นั่นคือสิ่งที่นักวิจัยจาก Eindhoven University of Technology (TU/e) ประสบความสำเร็จในปัจจุบัน โดยร่วมกับนักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Jena, Linz และมิวนิก พวกเขารวม ซิลิคอน และเจอร์เมเนียมไว้ในโครงสร้างหกเหลี่ยมที่สามารถเปล่งแสงได้ ความก้าวหน้าหลังจากทำงานมา 50 ปี โครงสร้างหกเหลี่ยม Erik Bakkers นักวิจัยหลักจาก TU/e กล่าวว่า "ปมดังกล่าวอยู่ในธรรมชาติของสิ่งที่เรียกว่าช่องว่างของสารกึ่งตัวนำ" "ถ้าอิเล็กตรอน 'ลดลง' จากแถบการนำไฟฟ้าไปยังแถบเวเลนซ์ สารกึ่งตัวนำจะปล่อยโฟตอนออกมา นั่นคือแสง" แต่ถ้าแถบการนำไฟฟ้าและแถบเวเลนซ์ถูกแทนที่ด้วยความเคารพซึ่งเรียกว่าช่องว่างแถบทางอ้อม โฟตอนจะไม่สามารถปล่อยออกมาได้ เช่นเดียวกับกรณีของซิลิคอน "ทฤษฏีอายุ 50 ปีแสดงให้เห็นว่าซิลิคอนที่ผสมกับเจอร์เมเนียมซึ่งมีรูปร่างเป็นโครงสร้างหกเหลี่ยมมีช่องว่างระหว่างแถบโดยตรง และดังนั้นจึงอาจเปล่งแสงได้" Bakkers กล่าว การสร้างซิลิคอนในโครงสร้างหกเหลี่ยมนั้นไม่ใช่เรื่องง่าย เมื่อ Bakkers และทีมของเขาเชี่ยวชาญในเทคนิคการปลูกลวดนาโน พวกเขาสามารถสร้างซิลิกอนหกเหลี่ยมได้ในปี 2015 พวกเขาสร้างซิลิกอนหกเหลี่ยมบริสุทธิ์โดยการปลูกลวดนาโนที่ทำจากวัสดุอื่นที่มีโครงสร้างผลึกหกเหลี่ยมเป็นครั้งแรก จากนั้นพวกเขาก็ปลูกเปลือกซิลิกอน-เจอร์เมเนียมบนเทมเพลตนี้ Elham Fadaly ผู้เขียน บทความ Natureคนแรกกล่าวว่า "เราสามารถทำเช่นนี้ได้ โดยอะตอมของซิลิกอนถูกสร้างขึ้นบนแม่แบบหกเหลี่ยม และด้วยเหตุนี้จึงทำให้อะตอมของซิลิกอนเติบโตในโครงสร้างหกเหลี่ยม" เลเซอร์ซิลิกอน แต่พวกเขายังไม่สามารถเปล่งแสงได้จนถึงตอนนี้ ทีม Bakkers สามารถเพิ่มคุณภาพของเปลือกซิลิคอน-เจอร์เมเนียมหกเหลี่ยมโดยการลดจำนวนของสิ่งเจือปนและข้อบกพร่องของคริสตัล เมื่อสร้างความตื่นเต้นให้กับเส้นลวดนาโนด้วยเลเซอร์ พวกเขาสามารถวัดประสิทธิภาพของวัสดุใหม่ได้ Alain Dijkstra ยังได้แบ่งปันผู้เขียนบทความคนแรกและรับผิดชอบการวัดการปล่อยแสง: "การทดลองของเราแสดงให้เห็นว่าวัสดุมีโครงสร้างที่ถูกต้อง และไม่มีข้อบกพร่อง มันเปล่งแสงได้อย่างมีประสิทธิภาพมาก" การสร้างเลเซอร์ในตอนนี้เป็นเรื่องของเวลา Bakkers คิด "ถึงตอนนี้ เราได้ตระหนักถึงคุณสมบัติทางแสงที่เกือบจะเทียบได้กับอินเดียมฟอสไฟด์และแกลเลียมอาร์เซไนด์ และคุณภาพของวัสดุก็ดีขึ้นอย่างมาก หากสิ่งต่างๆ ดำเนินไปอย่างราบรื่น เราสามารถสร้างเลเซอร์ที่ใช้ซิลิกอนได้ในปี 2020 ซึ่งจะช่วยให้เกิดการรวมเข้าด้วยกันอย่างแน่นหนาของ การทำงานด้านแสงในแพลตฟอร์มอิเล็กทรอนิกส์ที่โดดเด่น ซึ่งจะทำลายโอกาสที่เปิดกว้างสำหรับการสื่อสารด้วยแสงบนชิปและเซ็นเซอร์เคมีที่มีราคาย่อมเยาตามสเปกโทรสโกปี" ในขณะเดียวกัน ทีมงานของเขาก็กำลังตรวจสอบวิธีการรวมซิลิกอนหกเหลี่ยมเข้ากับไมโครอิเล็กทรอนิกส์แบบคิวบิกซิลิกอน ซึ่งเป็นข้อกำหนดเบื้องต้นที่สำคัญสำหรับงานนี้ โครงการวิจัยนี้ได้รับทุนสนับสนุนจากโครงการ SiLAS ของสหภาพยุโรป ซึ่งประสานงานโดยศาสตราจารย์ Jos Haverkort ของ TU/e
- ความคิดเห็น
- Facebook Comments
