Je leest:

Laser op chip in zicht

Laser op chip in zicht

MIT-onderzoekers ontwikkelen germaniumlaser

Auteur: | 11 februari 2010

Wereldwijd zoeken wetenschappers een manier om lasers in een chip te bouwen. Als dat kan wordt het namelijk mogelijk om optische computers in productie te nemen. Onderzoekers van MIT ontwikkelden een laser op basis van de halfgeleider germanium, die op kamertemperatuur werkt én te integreren is.

Tot voor kort wisten natuurkundigen vrijwel zeker dat het niet kon, maar nu is ’ie er: een laser op basis van een halfgeleider met een indirecte bandgap. Het apparaatje werd ontwikkeld bij het Amerikaanse MIT en geldt als een grote stap naar een nieuwe generatie supersnelle computers. De laser gebruikt germanium om licht op te wekken: dat is een halfgeleider die aan het overbekende silicium doet denken. De ontdekking is belangrijk, omdat germanium eenvoudig te integreren is in computerchips. Lasers in een computerchip kunnen bliksemsnelle lichtpulsen genereren, die informatie vele malen sneller doorgeven dan de koperdraadjes die in onze thuiscomputers zitten.

Optische informatieoverdracht zou computers vele malen sneller kunnen maken.
Christine Daniloff

De kleinste lasers die we tot nu toe kunnen maken gebruiken een halfgeleider om licht te genereren. Daarbij maken ze gebruik van een unieke eigenschap van deze stoffen: de bandgap. Die bandgap (ook wel verboden zone genoemd) is een energiebarrière waar een elektron in de halfgeleider doorheen moet om in een hogere toestand terecht te komen. Doordat de bandgap een heel precieze waarde heeft, absorbeert een halfgeleider energiepakketjes met een heel precieze grootte. Om energie kwijt te raken zendt de halfgeleider ook precies die energiepakketjes uit, in de vorm van licht. Een laser van een halfgeleider zendt licht uit in die speciale, bij de halfgeleider horende, kleur.

Germanium is een halfgeleidend element dat onder silicium staat in het periodiek systeem.
Wikimedia Commons

Zowel chips als piepkleine lasers worden van halfgeleiders gemaakt, maar toch was het tot nu toe steeds onmogelijk om een microlaser in te bouwen in een chip. Dat komt doordat de materialen waar chips van gemaakt zijn, silicium en in mindere mate germanium, halfgeleiders met een zogenaamde indirecte bandgap zijn. Juist die materialen leken lang ongeschikt om lasers van te maken. Als tussenoplossing probeerden chipontwerpers om microlasers heel precies op chips te lijmen, maar dat is een lastig proces waarmee maar weinig snelheid gewonnen wordt.

De germaniumlaser kan dat probleem op gaan lossen. Om de halfgeleider zo ver te krijgen dat hij laserlicht kon produceren, stopten de MIT-onderzoekers er een flinke lading fosforatomen in. Fosfor lijkt op germanium, maar heeft een extra elektron. Op deze manier ‘duwden’ ze de vrije elektronen uit het germanium naar de juiste toestand om laserlicht te maken. Wetenschappers denken dat het nog een paar jaar zal duren voordat er een productiemethode is bedacht om de nieuwe lasers daadwerkelijk op chips op de markt te brengen. Als het zover is zal dat een snelheids_boost_ aan onze computers geven – hoewel de kans dat álle elektronica uit chips verdwijnt heel klein is.

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 11 februari 2010

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.