Elektronica en licht gaan niet goed samen op een standaard 'CMOS'-chip. Onderzoeker Satadal Dutta van de Universiteit Twente slaagt er nu in om een ​​lichtverbinding in het hart van een halfgeleiderchip aan te brengen. twee circuits kunnen worden geïsoleerd en toch communiceren. Of:de werelden van elektronica en fotonica zijn met elkaar verbonden.

Het mooie van Dutta's oplossing is dat er geen speciale materialen of fabricageprocessen nodig zijn:het licht is afkomstig van silicium. De lichtbron, detector en het lichtkanaal kunnen worden gemaakt met behulp van de technologie die wordt gebruikt om de elektronische circuits te maken. Volledig optische schakelingen zijn tegenwoordig beschikbaar, maar ze gebruiken materialen als indiumfosfide en galliumarsenide, die niet gemakkelijk kunnen worden gecombineerd met de CMOS-chipprocessen die worden gebruikt voor halfgeleiderchips die je in de smartphones van vandaag aantreft, bijvoorbeeld.

Lawine LED

Het alternatief zou zijn:maak een LED-lichtbron van silicium. En dat is het probleem:silicium straalt maar een kleine hoeveelheid infrarood licht uit, terwijl een detector gemaakt van silicium zichtbaar licht nodig heeft. Ze praten en luisteren op verschillende golflengten. Dutta kiest daarom voor een opmerkelijke uitweg:sluit de led omgekeerd aan. Bij lage spanningen, er is geen stroom en licht, maar bij een spanning die hoog genoeg is, er zal een kleine stroom zijn die zichzelf versterkt als een lawine. In deze 'lawinemodus' " de LED zal zichtbaar licht uitzenden. Met hetzelfde proces, de lichtdetector, evenals het lichtkanaal ertussen kan worden gemaakt. Dankzij de speciale kamstructuur die Dutta hiervoor heeft ontworpen, de lichtbron wordt uniformer en energiezuiniger.

Een optische link op een chip is een goede manier om twee circuits 'galvanisch' van elkaar te scheiden. Dit is vaak nodig in gevallen waarin een circuit een laagspannings- en een laagstroomcircuit is, terwijl de andere een high-power circuit is. Ze moeten worden aangesloten, maar niet door draden te geleiden, om veiligheidsredenen. Een klassieke trafo is dan een optie, maar vaak wordt ook een optische verbinding gebruikt. Tot nu, dit is een aparte 'optocoupler, ' die groot is en een beperkte snelheid heeft. De nieuwe oplossing van Dutta is als alternatief veel compacter:het totaal, het is slechts enkele tientallen microns en biedt de bescherming die nodig is bij hogere bitsnelheden. Vergeleken met optische kanalen in volledig optische circuits, het energieverbruik is relatief hoog, omdat er nogal wat lichtverstrooiing is. Anderzijds:de elektronica rond de optische link op een efficiënte manier ontwerpen, de hoeveelheid licht die nodig is voor een succesvolle verbinding, tot een minimum kan worden beperkt.

Volledig optische circuits kunnen de "nieuwe elektronica, voorspellingen zeggen. In de overgang van elektronische naar optische circuits, hybride circuits, zoals degene die Dutta heeft ontworpen, een belangrijke rol zou kunnen spelen.