LED Ini Dapat Diintegrasikan Langsung Ke Chip Komputer
Dioda pemancar cahaya — LED — penting dalam banyak aplikasi lebih dari sekadar penerangan. Sumber cahaya ini juga berguna dalam mikroelektronika. Ponsel cerdas, misalnya, dapat menggunakan sensor jarak LED untuk menentukan apakah Anda memegang ponsel di sebelah wajah Anda (dalam hal ini layar akan menyala). LED mengirimkan pulsa cahaya ke wajah Anda, dan pengatur waktu di telepon mengukur berapa lama waktu yang dibutuhkan cahaya itu untuk memantul kembali, ukuran seberapa dekat telepon dengan wajah Anda. LED juga berguna untuk pengukuran jarak di 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 nanti 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 dan teknologi komunikasi yang canggih. Kemajuan ini tidak hanya mengarah pada manufaktur yang disederhanakan, tetapi juga kinerja yang lebih baik untuk elektronik skala nano.
Silikon banyak digunakan dalam chip komputer karena merupakan bahan semikonduktor yang melimpah dan murah. Namun terlepas dari sifat elektronik silikon yang sangat baik, silikon tidak cukup bersinar dalam hal sifat optik — silikon merupakan sumber cahaya yang buruk. Jadi, insinyur listrik sering kali berpaling dari materi saat mereka perlu menghubungkan teknologi LED ke chip komputer perangkat.
LED di sensor jarak ponsel cerdas Anda, misalnya, terbuat dari semikonduktor III-V, disebut demikian karena mengandung unsur-unsur dari kolom ketiga dan kelima dari tabel periodik. (Silikon ada di kolom keempat.) Semikonduktor ini lebih efisien secara optik daripada silikon — mereka menghasilkan lebih banyak cahaya dari sejumlah energi tertentu.
Dan sementara 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. Jadi, tujuan tim peneliti adalah menyatukan semua ini dalam satu sistem. Mereka merancang LED berbasis silikon dengan sambungan yang dirancang khusus untuk meningkatkan kecerahan. Efisiensi yang ditingkatkan ini:LED beroperasi pada tegangan rendah, tetapi masih menghasilkan cahaya yang cukup untuk mengirimkan sinyal melalui kabel serat optik sepanjang 5 meter. Plus, LED diproduksi di pengecoran komersial tepat di samping komponen mikroelektronik silikon lainnya, termasuk transistor dan detektor foton. Meskipun LED ini tidak cukup mengungguli LED semikonduktor III-V tradisional, LED ini dengan mudah mengalahkan upaya sebelumnya pada LED berbasis silikon.
“Proses pengoptimalan kami tentang cara membuat LED silikon yang lebih baik merupakan peningkatan yang cukup baik dari laporan sebelumnya,” kata pemimpin peneliti Jin Xue. Dia menambahkan bahwa LED silikon juga bisa menyala dan mati lebih cepat dari yang diharapkan. Tim menggunakan LED untuk mengirim sinyal pada frekuensi hingga 250 megahertz, yang menunjukkan bahwa teknologi tersebut berpotensi digunakan tidak hanya untuk aplikasi penginderaan, tetapi juga untuk transmisi data yang efisien. Tim berencana untuk terus mengembangkan teknologi. Tapi, kata Xue, “ini sudah membuat kemajuan besar.”
Selain manufaktur yang lebih murah, kemajuan juga dapat meningkatkan kinerja dan efisiensi LED karena elektronik menyusut ke skala yang semakin kecil. Itu karena, pada skala mikroskopis, semikonduktor III-V memiliki permukaan yang tidak ideal, penuh dengan "ikatan menggantung" yang memungkinkan energi hilang sebagai panas daripada sebagai cahaya. Sebaliknya, silikon membentuk permukaan kristal yang lebih bersih. “Kita bisa memanfaatkan permukaan yang sangat bersih itu,” kata Profesor Rajeev Ram. “Cukup berguna untuk menjadi kompetitif untuk aplikasi skala mikro ini.” Hal ini memungkinkan sirkuit terintegrasi silikon untuk berkomunikasi satu sama lain secara langsung dengan cahaya, bukan kabel listrik. Ini agak mengejutkan karena silikon memiliki celah pita tidak langsung dan biasanya tidak memancarkan cahaya. Kemajuan ini merupakan langkah menuju komputer berbasis silikon yang kurang bergantung pada komunikasi elektronik. Misalnya, industri semikonduktor telah lama memimpikan arsitektur CPU optik. Laporan mikro-LED berbasis silikon menunjukkan kemajuan signifikan dalam upaya ini.
