Mikropiireille sopiva laser

Tutkimuskeskus Jülichin ja Paul Scherrer Instituten tutkijoiden johdolla on kehitelty ensimmäinen puolijohde, joka koostuu yksinomaan pääryhmän IV alkuaineista.

Tämän seurauksena germanium-tina (GeSn) -perustainen laser voidaan valmistaa suoraan piisirulle jolloin syntyy uusi perusta siirtää dataa mikropiireillä valon avulla.

Signaalien siirto kuparilangoilla rajoittaa mikropiirien kehitystä lämpökuormien ja rajallisen kaistanleveys takia. Yksistään piirejä synkronoiva kellosignaali ottaa jopa 30 prosenttia mikropiirien käyttämästä energiasta.

Optisten komponenttien integrointi piimikrosirujen valmistuksen kanssa, ei ole vielä mahdollista. Tietoliikennejärjestelmien puolijohdelaserit valmistetaan galliumarsenidista, jotka ovat pääryhmän III tai V alkuaineita.

Näitä lasereita ei voida soveltaa suoraan IV-ryhmän piille vaan ne valmistetaan erikseen ja liimataan hankalasti piikiekolle. Lisäksi erilainen lämpölaajenemiskerroin piin kanssa heikentää niiden ominaisuuksia. Sen sijaan, pääryhmän IV puolijohteita – pii ja germanium ja tina - voidaan integroida samassa valmistusprosessissa.

Ne ovat myös epäsuoran kaistaeron puolijohteita eli säteilevät virittyessään enimmäkseen lämpöä ja vain vähän valoa. Siksi monet tutkimusryhmät ovat yrittäneet manipuloida germaniumin ominaisuuksia tehdäkseen siitä käyttökelpoisen laserlähteen.

Nyt luotu suoran kaistaeron ja pääryhmän IV puolijohdelaser onnistui yhdistämällä germaniumia ja tinaa. Ratkaiseva tekijä on korkea tinasisältö. Tutkijat pystyivät pistämään yli 10 prosenttia tinaa kidehilaan ilman, että se menettää optista laatuaan. Toistaiseksi toiminta on rajoitettu kuitenkin vain -183 asteen lämpötilaan.

Kokeilulaseria viritettiin optisesti mutta Jülichisn tutkijat työskentelevät jo yhdistääkseen optiikka ja sähköistä ohjausta ja jos mahdollista ilman jäähdytystä. Tavoitteena on luoda sähköisesti pumpattava laser, joka toimii huoneenlämmössä.

Uuden laserin aallonpituusalue on noin kolme mikrometriä. Monet hiili yhdisteet, kuten kasvihuonekaasut tai biomolekyylit, osoittavat vahvoja absorptioviivoja tällä alueella ja siksi saavutus löytänee sovelluksia myös tämän alueen anturikäytössä.