1000 keer efficiëntere nano-led opent deur naar snellere microchips

De wetenschappers publiceren hierover in het online journal Nature Communications. De elektronische dataverbindingen binnen en tussen microchips vormen steeds meer een bottleneck in het wereldwijd exponentieel groeiende dataverkeer. Optische verbindingen zijn de gedoodverfde opvolger, maar optische datatransmissie vereist een adequate nano-lichtbron, en die bestond dus nog niet.

Optische verbindingen zoals glasvezels worden steeds meer de standaard voor dataverkeer doordat elektrische kabels tegen hun grenzen aanlopen. Op langere afstanden is vrijwel alle datatransmissie al optisch. Ook binnen computersystemen en microchips groeit het dataverkeer exponentieel, maar dat verkeer is nog altijd elektronisch, en dat wordt steeds meer een knelpunt. Deze verbindingen (‘interconnects’) zijn nu al verantwoordelijk voor het grootste deel van het totale energieverbruik van chips. Daarom werken veel wetenschappers wereldwijd aan het mogelijk maken van optische (fotonische) interconnects. Cruciaal daarin is de lichtbron, die de data omzet in lichtsignalen. Die moet klein genoeg zijn om te passen in de microscopische structuren van microchips. Tegelijkertijd moet het uitgangsvermogen en de efficiëntie goed zijn. Dat laatste is een uitdaging, want kleine lichtbronnen met vermogens van nano- of microwatts, bleken tot nu toe bijna altijd erg inefficiënt.

Onderzoekers aan de TU Eindhoven hebben nu een led ontwikkeld van slechts enkele honderden nanometers groot, met een geïntegreerd lichtkanaaltje (waveguide) voor transport van het lichtsignaal. Deze geïntegreerde nano-led doet het qua efficiëntie zeker 1.000 keer beter dan de beste elders ontwikkelde varianten. De winst halen de Eindhovense onderzoekers vooral met de kwaliteit van de geïntegreerde koppeling van de lichtbron (de led) en het lichtkanaaltje. Ze verspillen daar veel minder licht en krijgen dus veel meer licht in het kanaaltje.