Sebuah LED yang dapat diintegrasikan langsung ke dalam chip komputer
Semiconductor

Sebuah LED yang dapat diintegrasikan langsung ke dalam chip komputer


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

Dioda pemancar cahaya — 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 pulsa cahaya ke wajah Anda, dan pengatur waktu di telepon mengukur berapa lama cahaya itu dipantulkan kembali ke telepon, proxy seberapa dekat telepon ke wajah Anda. LED juga berguna untuk pengukuran jarak dalam kamera fokus otomatis dan pengenalan gerakan.

Satu masalah dengan LED: Sulit membuatnya dari silikon. Itu berarti sensor LED harus diproduksi secara terpisah dari chip pemrosesan berbasis silikon perangkat mereka, seringkali dengan harga yang lumayan. Tapi itu suatu hari bisa berubah, berkat penelitian baru dari MIT’s Research Laboratory of Electronics (RLE).

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

Jin Xue, Ph.D. mahasiswa di RLE, memimpin penelitian. Rekan penulis MIT termasuk Profesor Rajeev Ram, yang memimpin Grup Optik Fisik dan Elektronik di RLE, serta 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, murah, dan merupakan semikonduktor, yang berarti dapat secara bergantian memblokir dan memungkinkan aliran elektron. Kapasitas untuk beralih antara “off” dan “on” ini mendasari kemampuan komputer untuk melakukan kalkulasi. Namun terlepas dari sifat elektronik silikon yang sangat baik, ia tidak terlalu bersinar dalam hal sifat optik — silikon menghasilkan sumber cahaya yang buruk. Jadi insinyur listrik sering kali berpaling dari materi ketika mereka perlu menghubungkan teknologi LED ke chip komputer perangkat.

Sebuah LED yang dapat diintegrasikan langsung ke dalam chip komputer

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

LED pada sensor proximity smartphone Anda, misalnya, terbuat dari semikonduktor III-V, disebut 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 sejumlah energi tertentu. (Anda tidak melihat cahaya yang dihasilkan dari sensor jarak karena itu inframerah, tidak terlihat.)

Dan meskipun sensor jarak adalah sebagian kecil dari ukuran prosesor silikon ponsel, itu menambah biaya keseluruhan ponsel secara signifikan. “Ada proses fabrikasi yang sama sekali berbeda yang diperlukan, dan itu adalah pabrik terpisah yang memproduksi satu bagian itu,” kata Ram. “Jadi tujuannya adalah: Bisakah Anda menggabungkan semua ini dalam satu sistem?” Tim Ram melakukan hal itu.

Xue merancang LED berbasis silikon dengan sambungan yang direkayasa secara khusus — kontak antara zona berbeda dioda — untuk meningkatkan kecerahan. Efisiensi yang ditingkatkan ini: LED beroperasi pada tegangan rendah, tetapi masih menghasilkan cukup cahaya untuk mengirimkan sinyal melalui kabel serat optik sepanjang 5 meter. Plus, GLOBALFOUNDRIES memproduksi LED tepat di samping komponen mikroelektronik silikon lainnya, termasuk transistor dan detektor foton. Meskipun LED Xue tidak cukup mengungguli 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 mengalami peningkatan yang cukup dibandingkan laporan sebelumnya,” kata Xue. Dia menambahkan bahwa LED silikon juga bisa menyala dan mati lebih cepat dari yang diharapkan. Tim tersebut menggunakan LED untuk mengirim sinyal pada frekuensi hingga 250 megahertz, menunjukkan bahwa teknologi tersebut berpotensi digunakan tidak hanya untuk aplikasi penginderaan, tetapi juga untuk transmisi data yang efisien. Tim Xue berencana untuk terus mengembangkan teknologinya. Tapi, katanya, “ini sudah merupakan kemajuan besar.”

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

Selain produksi yang lebih murah, kemajuan juga dapat meningkatkan kinerja dan efisiensi LED karena perangkat elektronik menyusut ke skala yang semakin kecil. Itu karena, pada skala mikroskopis, semikonduktor III-V memiliki permukaan nonideal, penuh dengan “ikatan menjuntai” 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. “Ini cukup berguna untuk menjadi kompetitif untuk aplikasi skala mikro ini.”

Ram yakin bahwa timnya dapat terus menyempurnakan teknologinya, sehingga suatu saat LED akan diintegrasikan dengan murah dan efisien ke dalam chip silikon sebagai standar industri. “Kami tidak berpikir kami mendekati akhir garis di sini,” kata Ram. “Kami memiliki ide dan hasil yang menunjukkan peningkatan yang signifikan.”


Peningkatan seratus ribu kali lipat dalam nonlinier silikon


Disediakan oleh Massachusetts Institute of Technology

Kutipan: LED yang dapat diintegrasikan langsung ke dalam chip komputer (2020, 14 Desember) diambil 14 Desember 2020 dari https://techxplore.com/news/2020-12-chips.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : http://54.248.59.145/