江苏龙网

  1. 首页 > 人文 > >

大突破：计算机快1千倍，纯硅基光子芯片指日可待，硅能发光了！

大突破：计算机快1千倍，纯硅基光子芯片指日可待，硅能发光了！
文章图片
我们现在使用的电脑都属于电子计算机 ， 由电流来传递和处理信息 。 而光子计算机、光子芯片 ， 顾名思义就是不用电子而是光子来传递信息 ， 相比我们现在使用的传统电子计算机有什么好处？
首先 ， 众所周知 ， 电流在导体内运动会产生能量损耗（除非使用超导体） ， 在我们使用手机和电脑时对此最直观的感受就是“发热和散热” ， 如今的整个电子行业无论手机、平板还是电脑 ， 在设计时最重要的就是散热 ， 而用户最讨厌的也是设备太热 ， 对于便携设备来说 ， 这意味着使用舒适感下降 ， 设备还会因为太热而自动降频运行；对于大型计算设备来说 ， 则意味着白白浪费很多能量 ， 一方面一些能量变成热量浪费了 ， 另一方面 ， 为了让这些热量快速散去 ， 还要使用大量能量在散热设备上 。
其次 ， 光子芯片速度远超电子芯片 ， 简单来说 ， 光子速度远比导体内的电子要快多了 ， 导体内电子速度大概593km/s ， 而光子则是光速300000km/s ， 两者不在一个量级上 ， 速度越快 ， 意味着计算能力越强 ， 运算速度越快 。
所以 ， 光子计算机和光子芯片的优势是显而易见的 ， 但自从人类开始用硅制造芯片以来 ， 就没有能让硅发过光 ， 而这却正是普及甚至民用光子计算机的前提 。 需知 ， 其实我们已经造出了光子计算机 ， 但使用的是普通激光发生器 ， 所需的条件如温度等较苛刻 ， 而且造价极高 ， 很难进入实用阶段 。
如今 ， 这一切都被荷兰的研究团队改变了 ， 来自荷兰埃因霍温理工大学（TechnischenUniversit?tEindhoven）的ErikBakkers领导的团队首次实现了让特殊的硅锗合金发光 ， 并宣布第一台硅基激光器能在今年内就准备就绪 。 论文截图如下：
大突破：计算机快1千倍，纯硅基光子芯片指日可待，硅能发光了！
文章图片
为什么硅是如此“光懒惰”？
【大突破：计算机快1千倍，纯硅基光子芯片指日可待，硅能发光了！】ErikBakkers解释说：“硅不是良好的发光体 ， 原因是所谓的带隙 。 ”当被激发的半导体中的电子从较高的能态（即导带）变为能量较低的价带时 ， 就会释放光子并产生光 。 但是 ， 对于具有立方晶体结构的硅 ， 导带和价带被抵消了 ， 因此这种跳跃受到了干扰 ， 因此硅很难发光 。
为了避免这个问题 ， 一些研究者将使用其它半导体（如砷化铟和砷化镓）制成的微型激光器集成到芯片中去 ， 以此开发光子电子混合芯片 。 但到目前为止 ， 微电子学的圣杯 ， 硅基光子芯片一直都没能实现 。
强迫硅从立方晶体结构变成六方晶体结构
现在 ， Bakkers和他的团队找到了这个“圣杯” ， 突破的基础是修改硅晶格 ， Bakkers解释说：“我们做出的锗硅合金具有六边形结构 ， 理论上这就能让硅可以发光了 。 ”
Bakkers和他的团队在2015年就成功制备了这种六方晶体结构硅 ， 他们先用另一种材料做出六方体纳米结构 ， 然后在其上涂上一层锗硅合金 ， 迫使该合金变出了六方晶体结构 。 但是 ， 最初他们依然没能让这样的六方晶体结构锗硅合金发光 。
大突破：计算机快1千倍，纯硅基光子芯片指日可待，硅能发光了！
文章图片
今年晚些时候能做出第一台硅激光器
之后 ， 研究人员不断对工艺进行了优化 ， 新工艺让硅合金具有很少的晶体缺陷和杂质 ， 最终在最近 ， 使用新工艺做出的六方晶体结构锗硅合金成为了有效发光体 ， Bakkers说：“我们现在已经获得了几乎可以与磷化铟或砷化镓媲美的光学性能 。 ”实验和与理论的比较证实 ， 他们制备的六方晶体结构硅合金具有直接带隙 ， 是良好的发光体 。
这就意味着可以很容易做出集成硅激光器的硅光子芯片 ， Bakkers说：“这只是时间问题而已 ， 如果一切顺利 ， 我们可以在今年设计出一种基于硅的激光器 ， 这样就可以将这些硅激光器集成到传统的硅芯片中 ， 从而用硅生产出真正的光子芯片 。 “
“这是硅技术的第二次革命”
瑞士洛桑工业大学的AnnaFontcubertaiMorral也认为这是一个真正的突破：“发展具有光功能的硅基合金 ， 可能引发硅技术的第二次革命” 。
该研究的合著者 ， 慕尼黑技术大学的JonathanFinley解释说：“如果我们能够在芯片内使用光子 ， 让一个芯片到另一个芯片的通信也使用光子 ， 计算设备速度可提高1千倍 。 我们可将其用于汽车自动驾驶、医学诊断的化学传感器、测量空气和食品质量的所有芯片中 ， 而且芯片价格都比以前低得多 ， 效率高很多 ， 速度快很多 。 ”


    推荐阅读


    上一篇：转写准手写快，科大讯飞智能本填补了“智能文具”市场空白

    下一篇：300年太久华为只争朝夕，EMUI系统更新到10.1.0.126版本