コンピュータチップに直接組み込み可能なLED

January, 27, 2021, Cambridge--LEDの一つの問題は､シリコンから作ることが難しいことである｡LEDセンサは､そのデバイスのシリコンベース加工チップから独立に製造されなければならない｡非常に高価になることがある｡しかし､MITのエレクトロニクス研究所(RLE)の新研究により､それはいずれ変わる｡

研究チームは､完全集積されたLEDsのシリコンチップを作製し,最先端のセンサと通信技術を可能にした｡この進歩は､製造を簡素にするだけでなく､ナノスケールエレクトロニクスの性能を高める｡

シリコンは､コンピュータチップに幅広く利用されている､それが豊富で安価､半導体だからである｡つまり､電子の流れを交互に阻止し､許可することができる｡OFFとONを切り替えるこの能力は､コンピュータの計算能力の根拠をなす｡しかし､シリコンの優れた電子特性にもかかわらず､光特性となると､シリコンは発光しない｡シリコンは､貧弱な光源にしかならない｡したがってエンジニアは､LED技術をデバイスのコンピュータチップに接続する必要がある場合､その材料に背を向けることがよくある｡

例えば､スマートフォンの近接センサのLEDは､III-V半導体から造られている(シリコンは､周期表のⅣ列)｡これらの半導体は､シリコンよりも光学特性が優れている､つまり所定のエネルギーからの発光が多い｡

近接センサは､電話のシリコンプロセッササイズのほんの一部であるが､電話全体のコストを大きく押し上げている｡｢全く異なる製造プロセスが必要になり､その部分を製造する別の工場がある｡したがって､目標は､この全てを一つのシステムにできないか?｣｡Ramのチームは､それを達成した｡

Jin Xueは､輝度を高めるために特別設計のシリコンベースLEDを設計した｡これが効率を高めた｡そのLEDは低電圧で動作するが､5 mの光ケーブルで信号を伝送できるだけの光を出力する｡それに､GLOBALFOUNDRIESが,他のシリコンマイクロエレクトロニクスコンポーネント､トランジスタやフォトンディテクタなどの直ぐ横にLEDsを作製した｡XueのLEDは､従来のIII-V半導体LEDより優れているわけではないが､以前のシリコンベースLEDsを簡単に打ち負かすものである｡

｢より優れたシリコンLEDの製法最適化プロセスは､過去の報告に対して著しい改善であった｣(Xue)｡同氏によると､そのシリコンLEDは､予想以上に高速にスイッチON/OFFできた｡チームは､そのLEDを使って､最大周波数250MHzで信号を伝送した｡これは､その技術がセンシングアプリケーションだけでなく､効率的なデータ伝送にも使える可能性があることを示している｡チームは､その技術の開発を継続する計画である｡しかし､同氏は｢それは､すでに大きく進歩している｣と言う｡

Ramは､いずれLED技術がデバイスのシリコンプロセッサの上に構築される{個別の製造は不要)と考えている｡｢これは標準的なマイクロエレクトロニクスプロセスで設計されている｡実際に集積ソリューションである｣と話している｡

安価な製造となるだけでなく､エレクトロニクスがかつてなく小さな規模に縮小したので､その進歩はLEDの性能と効率も改善できた｡Ramによると､それは､顕微鏡サイズでは､III-V半導体が非理想的な表面であり､｢ダングリングボンド｣で満ちているからである｡つまり光よりも熱としてエネルギーが失われる｡対照的に､シリコンはきれいな結晶面を形成する｡｢われわれは､その非常にきれない面を利用することができる｡これらのマイクロスケールアプリケーションでは､非常に有用である｣とRamは話している｡

(詳細は､https://news.mit.edu)