211service.com
Silikona lāzeri
Silīcija mikroshēmas, sīktēlu izmēra mikroprocesori, kas veido datora smadzenes, virzās uz katastrofu, ko radījuši viņu pašu izcilie panākumi. Tā kā mikroshēmas kļūst ātrākas, elektroniem, kas pārnes ziņojumus caur sīkajiem metāla vadiem integrētajā shēmā, ir grūti sekot līdzi.
Viena vieta, kur šī draudošā problēma ir īpaši aktuāla, ir īpaši ātrie pulksteņi, ko izmanto skaitļošanas tempam. Aptuveni runājot, ātrāki pulksteņi nozīmē ātrāku skaitļošanu; mikroprocesori tagad darbojas ar takts frekvenci, kas pārsniedz vienu gigahercu (miljards impulsu sekundē), un visu laiku kļūst ātrāki. Drīzumā, saka Lionels Kimerlings, MIT Mikrofotonikas centra direktors, elektroni, kas pārvietojas pa metāla stieplēm, vienkārši būs pārāk lēni, lai sekotu līdzi. Pieņemsim, ka kaut kur nākotnē ir 10 gigahercu pulkstenis. Viņš skaidro, ka šāda veida signālu nav iespējams izplatīt elektriski. Risinājums, saka Kimerlings, ir mazi impulsu lāzeri, kas var izplatīt pulksteņa signālus caur procesora mikroshēmu. Intel uzskata, ka trīs gigaherci ir liela problēma, saka Kimerlings, un līdz tam ir aptuveni divi gadi.
Šis stāsts bija daļa no mūsu 2001. gada jūnija numura
- Skatiet pārējo izdevuma daļu
- Abonēt
Vairāk nekā ducis pētnieku grupu sacenšas, lai izstrādātu miniatūras optiskās ierīces, kuras var integrēt tieši silīcija mikroshēmā. Tas būtu sava veida optiskais tīkls, lai pārraidītu datus ap mikroprocesoru, palielinot tā iespējas tādā pašā veidā, kā optiskās šķiedras ir pārveidojušas telekomunikācijas. Taču pastāv problēma: silīcijs ir vājš gaismas izstarotājs.
Silīcija lāsts ir tāds, ka tas, runājot fiziķu žargonā, ir materiāls ar netiešu joslu. Citi pusvadītāju materiāli ir labi gaismas izstarotāji, jo, kad to elektroni tiek pacelti līdz lielākai enerģijai ar strāvu, elektroni var atkal nokrist un šajā procesā izšaut fotonu. Ātri iesūknējiet daudz elektronu augstākās enerģijas stāvoklī, un jūs varat izveidot lāzeru. Šādi darbojas, piemēram, DVD atskaņotājā izmantotais pusvadītāju lāzers. Bet fizikas likumi saka, ka elektroni silīcijā nevar tieši pārvietoties atpakaļ uz zemāku stāvokli. Tā rezultātā elektrons parasti atdod savu enerģiju kā siltumu, nevis kā gaismu.
Ir divas stratēģijas, kā pārvarēt silīcija gaismas problēmu. Daži pētnieki, tostarp Kimerlinga kolēģi MIT Mikrofotonikas centrā, izstrādā gaismas izstarotājus un detektorus, kas izgatavoti no silīcija brāļiem un māsām - pusvadītājiem, piemēram, gallija arsenīda, ko var uzpotēt tieši uz silīcija mikroshēmām. Citas grupas ir atradušas veidus, kā panākt, lai silīcijs izstaro vēlamo gaismu.
1996. gadā Filips Fošē un viņa kolēģi no Ročesteras universitātes ziņoja par gaismas diodi, kas izgatavota no silīcija. Ierīcei bija svarīga īpašība: gaismas emisijas izraisīšanai varēja izmantot elektrisko strāvu, nevis citu lāzeru vai gaismas avotu. Bet, saka Fošē, ierīces efektivitāte gaismas izstarošanā ir pārāk zema, lai ieinteresētu mikroshēmu veidotājus. Viņš skaidro, ka šajās gaismu izstarojošajās ierīcēs jaudas efektivitāte ir aptuveni 0,1 procents. Bet minimālais pieņemamais standarts nozarē ir viens procents, pirms viņi ar jums runās.
Silīcija gaismu izstarojošās spējas palielinājās pagājušā gada novembrī, kad Lorenco Pavesi no Trento universitātes Itālijā atklāja, ka silīcija nanodaļiņas var pastiprināt gaismu. To aizraujošu padarīja tas, ka pastiprināšana ir pirmais solis ceļā uz silīcija lāzera izveidi. Ar lāzeru tā ir pilnīgi jauna bumbas spēle, saka Fošē. Dažas efektivitātes problēmas izzūd. Tomēr nanokristāli ir jāstimulē ar lāzeru, nevis elektrisko strāvu.
Pēc tam martā grupa Kevina Homvuda vadībā Anglijas Surejas universitātē atklāja citu veidu, kā panākt, lai silīcijs pats mirdzētu. Mūsu pieeja izmanto absolūti standarta silīcija tehnoloģiju, saka Homewood. Homewood atzīst, ka šīs uz silīcija bāzes izgatavotās gaismas diodes nav optimizētas efektivitātei, taču viņš saka, ka tās ir tikai trīs reizes mazākas no parastajām gaismas diodēm. Nākamais Homewood solis ir mēģināt iegūt lāzera darbību. Es noteikti nedomāju, ka fizika ir pret mums, viņš saka.
Neskatoties uz šiem vilinošajiem veiksmes mājieniem, Fošē saka, ka pētījumi par gaismu izstarojošo silīciju saskaras ar dažām grūtām problēmām. Viņš saka, ka problēma ar visām šīm ierīcēm, tostarp mūsu, ir zemā efektivitāte. Pētījums ir ļoti interesants, taču Intel vēl nesteidzas.
Tomēr silīcija mikrofotonikas nākotne ir gaiša. Neatkarīgi no tā, vai tie ir silīcija lāzeri vai gaismas izstarotāji, kas izgatavoti no kāda cita pusvadītāja, Kimerlings saka, ka optisko ierīču integrēšana silīcija mikroshēmās ir nākamais lielais solis fotonikā. Vairāku miljardu dolāru mikroshēmu rūpniecībā, kuras pamatā ir silīcijs, pulkstenis strauji tikšķ, lai spertu šo soli.