Valo olisi omiaan myös sirujen sisäisessä tiedonsiirrossa, mutta elektroniikka ja valo eivät sellaisenaan sovi yhteen tavallisella CMOS-sirulla. Twente-yliopiston tutkija Satadal Dutta on onnistunut tuomaan valoyhteyden puolijohdesirun ytimeen. Ratkaisu on houkutteleva, koska mitään erikoismateriaaleja tai valmistusmenetelmiä ei tarvita. Valo tulee piistä.
Piitoteutuksen ongelma on, että pii emittoi vain pienen määrän infrapunavaloa, kun taas pii-ilmaisin tarvitsee näkyvää valoa. Dutta kytkikin ledin vastasuuntaan. Pienillä jännitteillä virta ei kulje, mutta tarpeeksi korkealla jännitteellä syntyy pieni virta, jonka lumivyörymäinen kasvu saa ledin emittoimaan näkyvää valoa.
Näin ledin lisäksi samalla prosessilla voidaan tehdä sekä valonilmaisin että valokanava. Ratkaisu on huomattavasti kompaktimpi kuin esimerkiksi optoeristin, mutta vaatii hieman virrankäytön optimointia.
Eräs kansainvälinen tutkijaryhmä on puolestaan kehittänyt uutta lediä GaN-pohjaisista materiaaleista, mutta hylkäämällä sen hankalan p-seostuksen. Jos tekniikka voidaan hyödyntää suurelle valoteholle, läpimurto voisi tehostaa ledivalaistusta ilman, että nykyistä tuotantotekniikkaa tarvitsisi merkittävästi tehostaa.
Ryhmän työn avain on kyky luoda elektronien ohella aukkoja säteilevällä rekombinaatiolla kvanttimekaanisen tunneloinnilla avulla. Työhön liittyy resonoiva tunnelidiodi (RTD) galliumnitridijärjestelmässä. Perustana on hyödyntää erittäin vahvoja sähköisiä kenttiä, joita indusoivat polarisaatiovaikutukset wurtzite GaN -heterorakenteissa.
Nämä korkeajännitteiset kentät mahdollistavat sen, että laitteella voidaan injektoida elektroneja klassisen RTD-kaksoisulkurakenteen läpi johtavuuskaistalla. Samanaikaisesti laitteella voidaan injektoida aukkoja Zener-tunneloinnilla GaN-kaistaeron yli valenssikaistalle.
Näin ollen ledissä hyödynnetään vain n-tyyppistä seostusta. Kuitenkin se sisältää bipolaariset tunnelointivaraukset uudenlaisen ledi-valolähteen luomiseksi.
Kaupallistamisen toteuttamiseksi ryhmä pyrkii tasapainottamaan injektoidun elektronin ja aukkosuhteen ja siten tuottamaan yhden emittoidun fotonin kullakin injektoidulla elektronilla.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 27.11.2017
