Un laser di germanio-stagno per i collegamenti ottici on-chip

Un laser di germanio-stagno per i collegamenti ottici on-chip

Un gruppo di ricercatori studia un modo per realizzare laser a base di semiconduttori direttamente sul silicio, per costruire un sistema di comunicazioni ottiche on-chip per i futuri processori multicore

di Andrea Bai pubblicata il , alle 12:01 nel canale Scienza e tecnologia
 

Uno dei grandi filoni di ricerca del mondo tecnologico, sia in ambito accademico, sia in ambito industriale, si concentra sull'individuare tecniche e tecnologie che consentano di portare le comunicazioni ottiche - che avvengono, cioè, grazie a pulsazioni luminose - all'interno di uno stesso chip, andando quindi a sostituire i normali collegamenti in rame.

La possibiltà di realizzare, per esempio, un processore multicore ove ciascun core possa comunicare con gli altri tramite un collegamento ottico permetterebbe prestazioni maggiori e una migliore efficienza operativa. La chiave di volta per le comunicazioni ottiche intra-chip sarebbe un laser basato sul silicio, che è poi il principale argomento di studio e sperimentazione della silicon photonics.

Attualmente un approccio alle interconnessioni ottiche è la realizzazione di composti semiconduttori laser collegare in seguito al silicio. Intel e Luxtera, per esempio, hanno realizzato sistemi di comunicazione on-chip usando laser ibridi di silicio e fosfuro di indio collegati sul silicio. In realtà, però, la produzione in volumi di dispositivi di questo tipo sarebbe più conveniente e meno difficoltosa se il laser venisse realizzato direttamente sul silicio.

Un gruppo di ricercatori del Forschungszentrum Jülich, Germania, e del Paul Scherrer Institute di Villigen, Svizzera, ha quindi provato a realizzare un laser di germanio-stagno che può risolvere il problema. Il germanio e lo stagno, infatti, sono elementi del gruppo IV come il silicio, il che significa che i loro cristalli possono essere fatti crescere direttamente su di esso. Un laser gemanio-stagno sarebbe quindi compatibile con i normali processi produttivi applicati al silicio.

Il germanio ed il silicio non sono tuttavia buoni emettitori di luce poiché sono caratterizzati da una banda proibita indiretta. Quando gli elettroni del materiale vengono eccitati e cadono negli stati a più bassa energia, l'eccesso viene emesso come calore invece che come luce. Nell'ambito della ricerca sono già state trovate tecniche per modificare la banda proibita del germanio, drogandolo con fosforo o mettendolo sotto stress meccanico. I ricercatori hanno invece optato, questa volta, per usare lo stagno mettendo a punto un composto con una concentrazione al 10% circa. Il laser è stato quindi realizzato facendo crescere il composto di germanio-stagno su uno strato di germanio che è stato fatto crescere a sua volta direttamente sul wafer di silicio.

I ricercatori hanno quindi realizzato un laser dimostrativo, capace di emettere radiazione luminosa dalla lunghezza d'onda di 3 micrometri. Il laser opera a -183°C ed è alimentato da luce invece che da corrente elettrica. I ricercatori stanno però lavorando per ottimizzare il dispositivo, per realizzarne una versione in grado di operare a temperatura ambiente e alimentato da corrente elettrica.

4 Commenti
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Lithios26 Gennaio 2015, 15:49 #1
ARTICOLO INTERESSANTISSIMO!

Finalmente un articolo vecchio stile di Hardware Upgrade tecnico semi-scientifico, bravi!

Nessun commento perchè probabilmente il 99% degli utenti non ha neanche capito cosa sta scritto. Io stesso l'ho capito solo perchè ho fatto alcuni esami specialistici di Ingegneria sull'argomento.

Se riescono a far operare quel laser sulle temperature di esercizio di un processore potrebbe significare davvero l'inizio di una nuova era informatica!
mirkonorroz26 Gennaio 2015, 16:30 #2
Anche senza aver fatto tanti esami, appena ho letto il titolo mi sono chiesto a che temperatura avrebbe funzionato...
cdimauro26 Gennaio 2015, 21:11 #3
Non è che bisogna commentare per forza per dimostrare di aver apprezzato la notizia.
Zenida27 Gennaio 2015, 02:44 #4
Beh sicuramente questo è quel genere di articoli con il quale ci si gode un pò di sana informazione scientifica, piuttosto che gossip tecnologico..

PS: con i collegamenti ottici quindi in sostanza cosa cambierebbe? Latenze e calore? o ci sono altri vantaggi (non che i primi due siano poco date le conseguenze indirette xD)

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