A jövő technológiája a hibrid szilícium-lézer

Az optikai közeget régóta használják adatátvitelre, mert nem csak gyors és nagy a sávszélessége, de segítségével a nagy távolságok is könnyedén áthidalhatók. Hátránya, hogy a fénykeltő és fogadó egységek előállítása drága, nagy méreteik miatt nehéz ezeket mikroelektronikai áramkörökre integrálni. Ezzel szemben a számítástechnikában is kulcsfontosságú szilícium chipek rendkívül olcsók, így a kettő ötvözéséből egy olyan gazdaságos áramköri átviteli közeget lehetne készíteni, amely alapjaiban változtatná meg az elektronikus eszközök működését.

A szilícium alapú gyártási technológia tömeges alkalmazása révén a költségek jelentős mértékben csökkenthetők, így a szilícium alapú lézernek köszönhetően a fotonika számítástechnikai használata várhatóan szélesebb körben fog elterjedni.


Bonyolult gyártási folyamatok...

A szilícium önmagában nem rendelkezik jó optikai vezetőképességgel, míg ezzel ellentétben az indium-foszfát alapú lézert jó manapság gyakran használják a telekommunikációs eszközök gyártásánál.

Most a kutatók egyetlen hibrid chipben ötvözték az indium-foszfát fénykibocsátó képességét a szilícium fényvezető képességét. Ennek indium-foszfát komponensében feszültség hatására fény keletkezik, amely a szilícium hullámvezetőbe jutva olyan lézersugarat gerjeszt, amely más szilícium alapú fotonikus eszközök működtetésére is alkalmas.

Ahhoz, hogy ezt a hibrid félvezetőt legyárthassák, alacsony hőmérsékleten elektromosan gerjesztett oxigén gáz, azaz oxigén plazma felhasználásával egy körülbelül 25 atomnyi vastagságú vékony oxigénréteget hoznak létre a komponensek találkozási felületén. A felhevítést és a préselést követően az oxigénrétegek „üvegragasztóként” funkcionálnak, és a két anyagot egyetlen egy áramkörben egyesítik. Feszültség hatására az indium-foszfát alapú anyagban fény keletkezik, amely az oxigén „üvegragasztó” rétegen áthaladva egy szilícium hullámvezetőbe kerül, ahol tovább gerjesztve létrejön a lézersugár. A hullámvezető alakja határozza meg a lézersugár kimenő teljesítményét és hullámhosszát.

Sajnos még rengeteg munka áll a tudósok előtt, míg a szilícium-lézer sorozatgyártásra kész állapotba kerül. Bár a fotonikus alkatrészek először csak a csúcstechnikát használó eszközökben (űrkutatás, katonai és kommunikációs rendszerek stb.) jelennek majd meg, idővel a köznapi elektronikus eszközökben is fel fognak bukkanni.


A kutatókról

2004-ben az Intel kutatói voltak az elsők, akik bemutatták a szilícium alapú 1 GHz-es szélessávú optikai modulátort, amely ötvenszer gyorsabb, mint a korábban bemutatott szilícium változatok. Szintén az Intel kutatói demonstrálták elsőként 2005-ben, hogyan képes a szilícium egy külső fényforrás fényét felerősíteni és annak Raman hatáson alapuló folyamatos gerjesztésével létrehozták a szilícium-lézer chipet.

John Bowers professzor a Santa Barbara-i Kaliforniai Egyetem Elektronikai és Informatikai mérnöki karának professzora már 25 éve foglalkozik az indium-foszfát alapú anyagokkal és lézerekkel. Jelenlegi kutatásának tárgya egy olyan újfajta optoelektronikai eszköz fejlesztése, melynek adatátviteli sebessége 160 Gb/s.