Laser silikon

Microchip silikon, mikroprosesor berukuran kecil yang membentuk otak PC, sedang menuju bencana yang diciptakan oleh kesuksesan luar biasa mereka sendiri. Saat chip menjadi lebih cepat, elektron yang membawa pesan melalui kabel logam kecil di dalam sirkuit terintegrasi mengalami kesulitan untuk mengikutinya.



Satu tempat di mana masalah yang menjulang ini sangat akut adalah pada jam ultracepat yang digunakan untuk mempercepat komputasi. Secara kasar, jam yang lebih cepat berarti komputasi yang lebih cepat; mikroprosesor sekarang berjalan pada kecepatan clock lebih dari satu gigahertz (satu miliar pulsa per detik) dan semakin cepat sepanjang waktu. Segera, kata Lionel Kimerling, direktur Pusat Mikrofotonik MIT, elektron yang bergerak melalui kabel logam akan terlalu lambat untuk mengimbanginya. Asumsikan bahwa di suatu tempat di masa depan adalah jam 10-gigahertz. Tidak mungkin mendistribusikan sinyal semacam itu secara elektrik, jelasnya. Solusinya, kata Kimerling, adalah laser berdenyut kecil yang dapat mendistribusikan sinyal clock melalui chip prosesor. Intel berpikir bahwa tiga gigahertz adalah masalah besar, kata Kimerling, dan itu sekitar dua tahun lagi.

Membangun Tulang Punggung yang Lebih Baik

Cerita ini adalah bagian dari edisi Juni 2001 kami





  • Lihat sisa masalah
  • Langganan

Lebih dari selusin kelompok penelitian berlomba untuk mengembangkan perangkat optik mini yang mampu diintegrasikan langsung ke dalam chip silikon. Ini akan menjadi semacam jaringan optik untuk mengangkut data di sekitar mikroprosesor, meningkatkan kemampuannya dengan cara yang sama seperti serat optik mengubah telekomunikasi. Tapi ada masalah: silikon adalah pemancar cahaya yang buruk.

Kutukan silikon adalah, dalam jargon fisikawan, bahan celah pita tidak langsung. Bahan semikonduktor lainnya adalah pemancar cahaya yang baik karena ketika elektronnya ditendang ke energi yang lebih tinggi oleh arus, elektron dapat turun lagi dan menembakkan foton dalam prosesnya. Pompa banyak elektron dengan cepat ke tingkat energi yang lebih tinggi, dan Anda dapat membuat laser. Beginilah cara kerja laser semikonduktor yang digunakan dalam pemutar DVD, misalnya. Tetapi hukum fisika mengatakan bahwa elektron dalam silikon tidak dapat melakukan perjalanan langsung kembali ke keadaan yang lebih rendah. Akibatnya, elektron biasanya melepaskan energinya sebagai panas daripada sebagai cahaya.

Ada dua strategi untuk mengatasi masalah cahaya silikon. Beberapa peneliti, termasuk rekan Kimerling di MIT's Microphotonics Center, sedang mengembangkan pemancar cahaya dan detektor yang terbuat dari saudara kandung silikon-semikonduktor seperti gallium arsenide-yang dapat dicangkokkan langsung ke chip silikon. Kelompok lain telah menemukan cara untuk membuat silikon itu sendiri memancarkan cahaya yang diinginkan.



Pada tahun 1996, Philippe Fauchet dan rekan-rekannya di University of Rochester melaporkan dioda pemancar cahaya yang terbuat dari silikon. Perangkat memiliki karakteristik penting: arus listrik daripada laser atau sumber cahaya lain dapat digunakan untuk memicu emisi cahaya. Namun, kata Fauchet, efisiensi perangkat dalam memancarkan cahaya terlalu rendah untuk menarik minat pembuat chip. Dalam perangkat pemancar cahaya ini, efisiensi daya sekitar 0,1 persen, jelasnya. Tetapi standar minimum yang dapat diterima di industri ini adalah satu persen sebelum mereka berbicara dengan Anda.

Kekuatan pemancar cahaya silikon mendapat dorongan November lalu ketika Lorenzo Pavesi di Universitas Trento di Italia menemukan bahwa nanopartikel silikon dapat memperkuat cahaya. Apa yang membuat ini menarik adalah bahwa amplifikasi adalah langkah pertama menuju pembuatan laser silikon. Dengan laser, ini adalah permainan bola yang benar-benar baru, kata Fauchet. Beberapa masalah efisiensi hilang. Nanocrystals, bagaimanapun, harus dirangsang oleh laser daripada arus listrik.

Kemudian pada bulan Maret, sebuah kelompok yang dipimpin oleh Kevin Homewood di Universitas Surrey Inggris menemukan cara lain untuk membuat silikon bersinar dengan sendirinya. Pendekatan kami menggunakan teknologi silikon yang benar-benar standar, kata Homewood. Dioda pemancar cahaya berbasis silikon ini tidak dioptimalkan untuk efisiensi, Homewood mengakui, tetapi dia mengatakan mereka hanya berjarak tiga faktor dari dioda pemancar cahaya konvensional. Langkah Homewood selanjutnya adalah mencoba mendapatkan tindakan laser. Saya tentu tidak berpikir fisika menentang kita, katanya.

Terlepas dari petunjuk keberhasilan yang menggiurkan ini, Fauchet mengatakan penelitian dalam silikon pemancar cahaya menghadapi beberapa tantangan berat. Masalah dengan semua perangkat ini, termasuk milik kami, adalah efisiensi yang rendah, katanya. Sebagai penelitian, ini sangat menarik, tetapi Intel belum melompat.



Namun, masa depan mikrofotonik silikon cerah. Baik itu laser silikon atau pemancar cahaya yang terbuat dari semikonduktor lain, Kimerling mengatakan integrasi perangkat optik ke dalam chip silikon adalah langkah besar berikutnya dalam fotonik. Untuk industri chip bernilai miliaran dolar yang dibangun di sekitar silikon, waktu terus berjalan dengan cepat menuju cara untuk mengambil langkah itu.

bersembunyi

Teknologi Aktual

Kategori

Tidak Dikategorikan

Teknologi

Bioteknologi

Kebijakan Teknologi

Perubahan Iklim

Manusia Dan Teknologi

Bukit Silikon

Komputasi

Majalah Berita Mit

Kecerdasan Buatan

Ruang Angkasa

Kota Pintar

Blockchain

Cerita Fitur

Profil Alumni

Koneksi Alumni

Fitur Berita Mit

1865

Pandangan Ku

77 Jalan Massal

Temui Penulisnya

Profil Dalam Kemurahan Hati

Terlihat Di Kampus

Surat Alumni

Berita

Pemilu 2020

Dengan Indeks

Di Bawah Kubah

Pemadam Kebakaran

Cerita Tak Terbatas

Proyek Teknologi Pandemi

Dari Presiden

Sampul Cerita

Galeri Foto

Direkomendasikan