Forschung -

Optische On-Chip-Datenübertragung dank Zinn

Die Basismaterialien für die Chipproduktion Silizium und Germanium sind als Lichtquellen nicht geeignet. Eine Diode, die zusätzlich Zinn enthält, verbessert die optischen Eigenschaften. Da Zinn der vierten Hauptgruppe angehört, ist es mit der bestehenden Siliziumtechnologie kompatibel.

Für lange Strecken sind optische Signalwege längst Standard, weil diese im Vergleich zur elektrischen Übermittlung nur einen Bruchteil der Energie erfordern. Doch die bestehenden Lösungen sind kaum geeignet, Daten auf optischem Weg direkt auf dem Chip zwischen Prozessor und Speicher oder zwischen den Prozessorkernen eines Servers hin und her zu bewegen. Die Materialien für Halbleiterlaser und -dioden gehören anderen chemischen Hauptgruppen an als Silizium. Aufgrund der unterschiedlichen Gitterstrukturen lassen sich derartige Bauelemente nur sehr kostspielig und ineffizient integrieren.

Silizium und Germanium selbst gehören dagegen zu den indirekten Halbleitern, die kaum in der Lage sind, Licht abzugeben oder aufzunehmen. Der Zusatz von Zinn verändert die elektronischen Eigenschaften, sodass die resultierende Verbindung zum direkten Halbleiter wird, der Photonen sehr effizient absorbieren und emittieren kann.

Weil Zinn wie Silizium und Germanium der vierten Hauptgruppe des Periodensystems angehört, lässt sich die Silizium-Germanium-Zinn-Diode direkt im Zuge der Chipproduktion auf Silizium aufbringen. Physiker des Forschungszentrums Jülich haben gemeinsam mit internationalen Partnern eine SiGeSn-Diode aus einem GeSn/SiGeSn-Schichtsystem hergestellt. Die Sandwich-Bauweise steigert die Effizienz, mit welcher der injizierte Strom in Licht umgewandelt wird. Über die schrittweise Veränderung des Silizium- und Zinn-Gehalts gelang es den Forschern, die optische Wellenlänge in einem Bereich von 2 bis 2,6 µm anzupassen.

Damit sind die Wissenschaftler der Entwicklung einer Infrarotlichtquelle für die On-Chip-Datenübertragung einen Schritt näher gekommen. Darüber hinaus könnte das Material weitere Anwendungen wie Fotodetektoren ermöglichen.

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