埃因霍温理工大学 金属有机气相外延内部观察
这台机器被用来生长带有六边形硅锗壳的纳米线
这种六方硅锗合金的发射非常有效，适合开始生产全硅激光器
信用:南多·哈姆森，TU/e 几十年来，从硅中发光一直是微电子工业的圣杯
解决这个难题将彻底改变计算，因为芯片将变得比以往任何时候都快
埃因霍温理工大学的研究人员现在已经开发出一种可以发光的硅合金
研究结果发表在《自然》杂志上
该团队现在将开发一种集成到当前芯片中的硅激光器
目前基于半导体的技术已经达到了顶峰
限制因素是热量，这是由于电子在通过连接芯片上许多晶体管的铜线时遇到的电阻造成的
为了继续推进数据传输，需要一种不产生热量的新技术
与电子相反，光子没有电阻
由于它们没有质量或电荷，所以在它们穿过的物质中散射较少，因此不会产生热量
因此，能耗将会降低
此外，通过用光通信代替芯片内的电通信，片上和芯片间通信的速度可以提高1000倍
数据中心将受益最大，数据传输速度更快，冷却系统能耗更低
但是这些光子芯片也将带来新的应用
想想用于自动驾驶汽车的激光雷达和用于医疗诊断或测量空气和食品质量的化学传感器
第一作者埃尔哈姆·法达利(左)和阿兰·迪克斯特拉(右)操作一个光学装置来测量发出的光
六角硅锗合金的发射显示出非常有效，适合开始生产全硅激光器
信用:Sicco van Grieken，SURF 下落的电子发射光子 在芯片中使用光需要集成激光器
计算机芯片的主要半导体材料是硅
但是大块硅在发光方面效率极低，而且长期以来被认为在光子学中不起作用
因此，科学家转向更复杂的半导体，如砷化镓和磷化铟
这些芯片擅长发光，但比硅更贵，而且很难集成到现有的硅微芯片中
为了制造与硅兼容的激光器，科学家们需要制造一种能够发光的硅
埃因霍温理工大学的研究人员与耶拿大学、林茨大学和慕尼黑大学的研究人员一起，将硅和锗结合成能够发光的六边形结构，这是经过50年工作的突破
共享第一作者埃尔哈姆·法达利，正在操作金属有机气相外延
这台机器用六边形硅锗壳生长纳米线
这种六方硅锗合金的发射非常有效，适合开始生产全硅激光器
信用:Sicco van Grieken，SURF 六角形结构 “问题的关键在于所谓的半导体带隙的性质，”首席研究员埃里克·贝克斯说
“如果一个电子从导带‘下降’到价带，半导体就会发出光子:光
" 但是，如果导带和价带相对于彼此位移，这被称为间接带隙，就不会发射光子——就像硅的情况一样
贝克斯说:“然而，一个有50年历史的理论表明，与锗形成合金的六角形结构的硅确实有直接的带隙，因此有可能发光。”
然而，把硅做成六角形结构并不容易
随着贝克斯和他的团队掌握了纳米线的生长技术，他们能够在2015年制造出六边形硅
他们通过首先生长由另一种具有六边形晶体结构的材料制成的纳米线，实现了纯六边形硅
然后他们在这个模板上生长了一个硅锗壳
《自然》论文的第一作者埃尔汉姆·法达利说:“我们能够这样做，使硅原子建立在六边形模板上，从而迫使硅原子以六边形结构生长
" 硅激光器 但是直到现在，他们还不能让它们发光
贝克斯团队设法通过减少杂质和晶体缺陷的数量来提高六边形硅锗壳的质量
当用激光激发纳米线时，他们可以测量新材料的效率
阿兰·迪克斯特拉是第一作者，也是负责测量光发射的研究员，他说:“我们的实验表明这种材料结构正确，没有缺陷
它发光非常有效
" 贝克斯说，现在制造激光只是时间问题
“到目前为止，我们已经实现了几乎可以与磷化铟和砷化镓相媲美的光学性能，而且材料质量正在急剧提高
如果一切顺利，我们可以在2020年制造出硅基激光器
这将使占主导地位的电子平台中光学功能的紧密集成成为可能，这将打破片上光学通信和基于光谱学的廉价化学传感器的开放前景
" 与此同时，他的团队也在研究如何将六方硅集成到立方硅微电子中，这是这项工作的重要前提
该研究项目由欧盟项目塞拉斯资助，由东德克萨斯大学的何塞·哈弗科教授负责协调
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