Germanium wordt laser-compatibel

Goed nieuws voor de computerindustrie: Een team van onderzoekers heeft germanium voor lasers geschikt kunnen maken. Daardoor kunnen toekomstige delen van microprocessors communiceren met behulp van licht – wat de computer van de toekomst sneller en krachtiger kan maken.

Onderzoekers van de ETH Zurich, het Paul Scherrer Instituut (PSI) en de Politecnico di Milano hebben samen een fabricage techniek ontwikkeld, waarmee ze de halfgeleider germanium dankzij sterke positieve spanning laser-compatibel kunnen maken. In hun onlangs in “Nature Photonics” verschenen publicatie geven ze aan hoe zij de vereiste positieve spanning op efficiënte wijze kunnen genereren. De wetenschappers laten zien dat ze met hun methode de optische eigenschappen van de voor laser ongeschikte germanium kunnen veranderen: “Bij een uitrekking van drie procent geeft het materiaal ongeveer 25 keer meer fotonen af dan in ontspannen toestand,” zegt Martin Süess, promovendus bij het Laboratorium voor Nano metallurgie van professor Ralph Spolenak en EMEZ aan de ETH Zürich. De materiaaleigenschappen veranderen, omdat de individuele atomen door het uitrekken van het materiaal een beetje uit elkaar bewegen. Dit maakt het mogelijk voor de elektronen op energieniveaus te komen welke gunstig zijn voor de vorming van lichte deeltjes, genaamd fotonen.

Door de interdisciplinaire onderzoeksteams kunnen de prestaties van de toekomstige generaties van computers aanzienlijk toenemen. Om prestaties van de computers te verbeteren, worden computerchips steeds kleiner en voller. Deze aanpak zal echter binnen afzienbare tijd de grenzen bereiken. “Om de prestaties en snelheid verder te verhogen, moeten de afzonderlijke componenten in de toekomst sterker gekoppeld worden en vooral efficiënter met elkaar communiceren,” legt Süess uit. Daarvoor zijn echter nieuwe en snellere transmissiepaden nodig dan de huidige paden via elektriciteits- en koperkabels. Om licht te kunnen gebruiken voor de overdracht van gegevens, zijn eerst lichtbronnen nodig die zo klein zijn dat ze op een chip passen en die compatibel zijn met silicium, het basismateriaal van computerchips. Silicium zelf is niet geschikt voor de productie van laserlicht. Daarom is het van belang om germanium laser-compatible te maken, “Germanium is goed compatibel met silicium, en wordt al gebruikt in de computerindustrie bij de productie van silicium chips”, zegt Geiger. Wanneer alles lukt met de nieuwe methode om uit germanium kleine lasers te maken, is een systeem verandering binnen handbereik.

Bron:
Süess MJ, Geiger R, Minamisawa RA, Schiefler G, Frigerio J, Chrastina D, Isella G, Spolenak R, Faist J & Sigg H: Analysis of enhanced light emission from highly strained germanium microbridges. Nature Photonics. 2013. Published online: 14 April 2013 doi: 10.1038/nphoton.2013.67.