Mikropiirien kutistumista seurannut johdotuksen ylikuulumisen ongelmaa ratkotaan ottamalla valo piirien sisäiseen tiedonsiirron käyttöön. Tämä ei kuitenkaan ole helppo tehtävä, koska pii ei helposti emittoi valoa. Jo pitkään on yritetty löytää materiaaleja, jotka ovat yhteensopivia piin kanssa, jotta saataisiin optoelektroniikka ja optinen tietoliikenne piisirulle.
Nyt MIT:n tutkijat esittävät tutkimustuloksia valon emitteristä ja ilmaisimesta, joka voidaan integroida pii-CMOS-sirulle. Uudenlainen emitteri-ilmaisin -rakenne on valmistettu molybdeeniditelluridista. Toisin kuin perinteiset puolijohteet se voidaan pinota piikiekkojen päälle.
Toinen vaikeus integroida muita puolijohteita piin kanssa on se, että materiaalit emittoivat valoa tyypillisesti näkyvällä alueella, mutta nämä aallonpituudet absorboituvat pahasti piihin. Molybdeeniditelluridi emittoi infrapunasäteilyä, jota pii ei absorboi.
Materiaalin käyttämiseksi valoemitterinä se on ensin muunnettava pn-liitosdiodiksi. Uudenlaisten 2D-materiaalien kanssa se voidaan tehdä soveltamalla jännitettä yli metallisten porttielektrodien, jotka on sijoitettu rinnakkain materiaalin päälle. Täten kemiallista seostamista ei tarvita.
Lisäksi rakenne saadaan toimimaan emitterinä tai valoilmaisimena vaihtamalla siihen kohdistuvan jännitteen napaisuutta.
Tieteilijät tutkivat nyt myös muita materiaaleja, joita voitaisiin käyttää sirun optiseen viestintään. Molybdeeni ditelluridi antaa valoa 1,1 mikrometrillä. Tämä tekee sen sopivaksi vain piirien sisäiseen tiedonsiirtoon. Esimerkiksi useimmat tietoliikennejärjestelmät käyttävät aallonpituutta 1,3 tai 1,5 mikrometriä.
Jatkossa tutkijat etsivät materiaalia, joka voisi toimia näillä aallonpituuksilla ja kohteena on esimerkiksi musta fosfori, jota voidaan virittää eri valon aallonpituuksilla emittoiviksi muuttamalla pinottujen kerrosten lukumäärää.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 30.10.2017
