硅基芯片上的新型光通信
近幾十年來,計算性能的巨大增長是通過將越來越多的晶體管壓縮到芯片的更緊湊的空間中來實現(xiàn)的。 然而,這種縮減也意味著將微處理器內(nèi)部的連線封裝得更加緊密,從而有可能導致組件間的信號泄漏,從而降低芯片各部分之間的通信速度。這種延遲,被稱為“互連瓶頸”,正在成為高速計算系統(tǒng)中日益嚴重的問題。 根據(jù)麻省理工學院物理系副教授Pablo Jarillo Herrero描述,解決互連瓶頸的一種方法是使用光而不是電線來在芯片的不同部分之間進行通信連接。但這是一項不容易的任務,如果利用硅材料,作為制造芯片的材料,發(fā)光也不是很容易。 近日,發(fā)表在《自然納米技術(shù)》雜志上的一篇論文中,研究人員描述了一種可以集成到硅cmos芯片中的光發(fā)射器和探測器。論文的第一作者是麻省理工大學博士后Ya-Qing Bie,她目前是在一個Jarillo Herrero教授和包括Dirk Englund在內(nèi)的跨學科的團隊合作的研究小組中,后者是麻省理工學院電氣工程與計算機科學系的副教授。 該裝置是由一個稱為鉬碲化物半導體材料。這種超薄半導體屬于一個新興的材料,稱為二維過渡金屬硫化物。 與傳統(tǒng)的半導體材料可以堆疊硅片不同,Jarillo Herrero說。 “為了使光電子與光通信的功能在芯片上實現(xiàn),研究人員一直試圖找到兼容的硅材料,但到目前為止,已被證明是非常困難的,”Jarillo Herrero說!袄纾榛墝光學很好,但它不能很容易地生長在硅上,因為這兩種半導體是不兼容的! 相反,二維鉬碲化物可以機械地連接到任何材料,Jarillo Herrero說。 將其他半導體與硅結(jié)合起來的另一個困難是,這些材料通常在可見光范圍內(nèi)發(fā)光,但這些波長的光只能被硅所吸收。 鉬碲化物在紅外范圍內(nèi)發(fā)出光,而不會被硅材料吸收,這意味著它可以用于片上通信。 使用該材料作為發(fā)光體,研究者首先要將其轉(zhuǎn)換為p-n結(jié)二極管,其中一側(cè)的裝置為P極,帶正電荷,而另一方面N極,帶負電荷。 |