Algemeen nieuws

< VorigeAfbeelding 1 van 1Volgende >

Een kijkje in de machine ‘Metal Organic Vapor Phase Epitaxy' (MOVPE). Deze machine werd gebruikt om de nanodraden met een zeshoekige siliciumgermaniumschil te groeien. Foto: Nando Harmsen

Al tientallen jaren geldt het als de 'Heilige Graal' in de micro-elektronica-industrie: silicium dat licht uitzendt. Het oplossen van deze puzzel zou een revolutie voor de computerindustrie betekenen, want chips worden hiermee sneller dan ooit. Onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven zijn daar nu in geslaagd: ze hebben een legering met silicium ontwikkeld die licht kan uitzenden. Hun resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Nature. Het team maakt nu een siliciumlaser om in de huidige chips te integreren.

Elk jaar gebruiken en produceren we significant meer data. Maar onze huidige technologie, gebaseerd op elektronische chips, bereikt zijn plafond. De beperkende factor is warmte, die vrijkomt als gevolg van de weerstand die de elektronen ervaren. Deze weerstand ontstaat als de elektronen door de koperen leidingen reizen die de vele transistors op een chip met elkaar verbinden. Als we elk jaar meer gegevens willen blijven overdragen, hebben we een nieuwe techniek nodig die geen warmte produceert. Fotonica biedt daarvoor de oplossing, deze techniek gebruikt fotonen (lichtdeeltjes) om data over te brengen.

In tegenstelling tot elektronen ervaren fotonen geen weerstand. Omdat ze geen massa of lading hebben, verstrooien ze minder in het materiaal waar ze doorheen reizen. Ze produceren geen warmte, waardoor het energieverbruik verminderd. Door de elektrische communicatie binnen een chip te vervangen door optische communicatie, kan bovendien de snelheid van de communicatie in de chip én tussen de chips met een factor 1000 worden verhoogd. Datacenters profiteren hiervan het meest, met een snellere gegevensoverdracht en minder energieverbruik voor hun koelsysteem. Maar de fotonische chips brengen ook nieuwe toepassingen binnen handbereik. Denk aan een radar met laser voor zelfrijdende auto's en chemische sensoren voor medische diagnose of voor het meten van de lucht- en voedselkwaliteit.

‘Vallend' electron zendt een foton uit
Om licht in chips te kunnen gebruiken heb je een lichtbron nodig; een geïntegreerde laser. Het belangrijkste halfgeleidermateriaal waar computerchips nu van gemaakt zijn is silicium. Maar silicium is extreem inefficiënt in het uitzenden van licht. Daarom werd lang gedacht dat het geen rol zou spelen in de fotonica. Wetenschappers hebben zich hierdoor gericht op complexere halfgeleiders, zoals galliumarsenide en indiumfosfide. Deze zijn goed in het uitzenden van licht, maar zijn duurder dan silicium en zijn moeilijk te integreren in bestaande silicium-microchips.

Om een volledige siliciumlaser te maken, moesten wetenschappers een vorm van silicium vinden die licht kan uitstralen. Dat is precies waar onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e) nu in geslaagd zijn. Samen met onderzoekers van de universiteiten van Jena, Linz en München combineerden ze silicium en germanium in een zeshoekige kristalstructuur die licht kan uitstralen. Een doorbraak na 50 jaar werk.

Zeshoekige structuur
"De crux zit hem in de aard van de zogenaamde bandkloof van een halfgeleider", zegt hoofdonderzoeker Erik Bakkers van de TU/e. "Als een elektron van de geleidingsband naar de valentieband 'valt', zendt een halfgeleider een foton uit: licht." Maar als de geleidingsband en de valentieband niet recht tegenover elkaar staan - ook wel een indirecte bandkloof genoemd - zenden ze geen fotonen uit. Dat is bij silicium het geval. "Een 50 jaar oude theorie toonde echter aan dat silicium gelegeerd met germanium en gevormd in een zeshoekige kristalstructuur, wél een directe bandkloof heeft, en dus mogelijk licht kan uitzenden," zegt Bakkers.

 
Nanodraden met een zeshoekige schil van silicium en germanium.

Het vormen van silicium in een zeshoekige kristalstructuur is echter niet eenvoudig. Omdat Bakkers en zijn team de techniek van het groeien van nanodraden onder de knie hebben, waren ze in 2015  in staat om zeshoekig silicium te maken. Ze realiseerden dit zuivere zeshoekige silicium door eerst nanodraden te groeien van een ander materiaal, met een hexagonale kristalstructuur. Vervolgens hebben ze een silicium-germaniumschil op dit sjabloon laten groeien. Elham Fadaly, de gedeelde eerste auteur van het Nature artikel: "Door de siliciumatomen op het zeshoekige sjabloon te groeien, wisten we te realiseren dat deze ook in dezelfde zeshoekige kristalstructuur groeiden."

Silicium laser
Maar het zeshoekige silicium kon op dat moment nog geen licht uitstralen, tot nu. Het team van Bakkers slaagde er sinds 2015 in om de kwaliteit van het zeshoekige silicium-germanium te verhogen door het aantal onzuiverheden en kristalgebreken te verminderen. Door vervolgens de nanodraad met een laser te beschijnen, konden ze de efficiëntie van het nieuwe materiaal meten. Alain Dijkstra, gedeelde eerste auteur van het artikel en verantwoordelijk voor het meten van de lichtemissie: "Onze experimenten toonden aan dat het materiaal de juiste structuur heeft, en dat het vrij is van defecten. Het straalt zeer efficiënt licht uit."

Een laser maken is nu een kwestie van tijd, denkt Bakkers. "Inmiddels hebben we optische eigenschappen gerealiseerd die bijna vergelijkbaar zijn met indiumfosfide en galliumarsenide. Bovendien is de kwaliteit van de materialen sterk verbeterd. Als alles goed gaat, kunnen we in 2020 een laser maken op basis van silicium. Dit maakt het mogelijk om optische functionaliteit te integreren in het dominante elektronicaplatform. Daarmee zullen we de vooruitzichten voor optische communicatie op de chip en betaalbare chemische sensoren op basis van spectroscopie openbreken."

Intussen onderzoekt zijn team ook hoe het zeshoekige silicium in de kubusvormige silicium-micro-elektronica kan worden geïntegreerd, wat een belangrijke voorwaarde is voor dit werk. Dit onderzoeksproject is gefinancierd door het EU-project SiLAS, gecoördineerd door TU/e-professor Jos Haverkort.

Afdrukken | Mail door

Meer algemeen nieuws

> Kwantumbestendige algoritm...
> Kunstmatige koraalpoliep b...
Toon volledig overzicht

Column / Opinie

Mag de hooiberg lager zijn?

De voordelen van de klimaatverandering

Normaal

Toon alle columns / opinies

lees e-totaal digitaal

Lees hier de meest recente editie van e-totaal magazine!
U scrollt eenvoudig door de verschillende artikelen en via de actieve hyperlinks komt u direct in contact met de verschillende leveranciers en adverteerders.

Veel leesplezier.

Wilt u de papieren editie gratis ontvangen, vul dan uw gegevens in via het contact formulier .

advertorial

Tot nu toe was cloudcomputing een van de grootste drijvende krachten achter de ontwikkeling van de digitale industriële transformatie - in het bijzonder de uitbreiding van het industriële internet der dingen (IIoT) - en het steeds hogere automatiseringsniveau in een aantal industritakken. Tegenwoordig is echter duidelijk dat het gebruik van de cloud voor gegevensbeheer en -opslag niet voldoende is. Een onmisbaar element van het zich snel ontwikkelende concept Industrie 4.0 is namelijk "edge-computing" in combinatie met cloudcomputing - met andere woorden, het lokaal verwerken van gegevens die vervolgens naar de cloud worden gestuurd.

Uitgelicht

Sensorfamilie met LoRa-communicatie uitgebreid
AE Sensors heeft sinds een jaar een geheel zelf ontwikkelde sensorlijn met LoRa-communicatie in het leveringspakket. Deze lijn bestaat inmiddels uit een negental standalone werkende sensoren die draadloos kunnen worden uitgelezen. Dat kan via het LoRa-netwerk van KPN, dat een landelijke dekking heeft. Het is echter ook mogelijk om de data lokaal te ontvangen via een zogenaamde 'private gateway'. Lees meer >>   

Vacatures

Danone Nutricia
Factory Quality Engineer
Do you believe in our ambition of Quality Always? Ready to make a difference? As Quality Engineer you'll be developing, implementing and improving our quality/food safety standards for our products & processes. You'll be the expert and advisor for all quality and food safety related aspects.
Join Danone Nutricia now as Quality Engineer.

KCS 
SMD operator en productiemedewerker
Ben jij op zoek naar een parttime/fulltime baan? Vind jij het leuk om te werken met elektronische producten, die in allerlei marktsectoren over de hele wereld worden toegepast? Dan zijn wij op zoek naar jou!
SMD operator
Als SMD-operator ben je vooral verantwoordelijk voor het assembleren van printplaten via SMT-productiemachines of door handmatig solderen. Naast het draaien van de machines hoort ook het instellen van feeders, en de kwaliteitscontrole tot je takenpakket. Lees meer >>
Productiemedewerker
In deze functie ga je aan de slag met het bestukken, solderen, programmeren, afregelen en testen van printplaten. Lees meer >>

Nieuwsbrief

Ontvang wekelijks het laatste nieuws uit uw vakgebied. Meld u hier aan voor de gratis nieuwsbrief. U wordt dan ook op de hoogte gehouden van het verschijnen van de nieuwe
e-zines.

Advertorial

Kennis en kunde over safety en security
Pilz biedt graag de helpende hand
Pilz is al jaren bekend als maker van apparatuur waarmee machines en fabrieken veilig kunnen draaien. Dat het daarbij vandaag de dag verder gaat dan een simpele noodstop, moge duidelijk zijn gezien de complexiteit van de huidige machines. Die complexiteit is de afgelopen jaren alleen maar groter geworden en zal met Industrie 4.0 nog complexer worden. Niet alleen gaat het nu om safety, maar is daar ook security bij gekomen, want alle safety-maatregelen moeten in stand blijven als er van buiten pogingen gedaan worden om binnen te dringen in het bedrijfsnetwerk en de software van de fabriek of machine. lees verder>>

Corona-crisis

Ondernemersinformatie over de Corona-crisis
Speciaal voor ondernemers, bedrijven en zzp'ers is er specifieke informatie omtrent de Corona-crisis te vinden (over o.a. de verschillende pakketten aan noodmaatregelen die het kabinet getroffen heeft).
Websites met meer informatie: 

• Rijksoverheid
• FHI
• Brainport Eindhoven
• Kamer van Koophandel
• Coronavirus en internationaal ondernemen
• Belastingdienst
• mkb
• kvk
• vng
• vno-ncw
• Rijksdienst voor Ondernemend Nederland
• FEDA
• Koninklijke Metaalunie

Bedrijf in beeld

Bent u vodoende vertrouwd met PCB-ontwerp?

AVE Added Value Electronics

Agenda

Klik hier voor de complete agenda.