新型納米LED：效率提升千倍，讓晶元更快速！

導讀

荷蘭科學家們發明了一種新的納米LED光源，比同類產品效率高1000倍，控制的數據傳輸率達每秒千兆比特。

（圖片來源於：埃因霍溫理工大學）

簡介

全球範圍內，數據通信量呈指數級增長，晶元之內或者之間的電子數據連接，越來越成為瓶頸因素。然而，光學通信成為電子通信的新的替代品，但光學數據連接需要良好的納米光源，這種資源十分缺乏的。

現在，埃因霍芬理工大學(TU/e)的科學家們發明了一種納米LED光源，比同類產品效率高1000倍，控制的數據傳輸率達每秒千兆比特。科學家們在《自然通信》雜誌上在線發表了這一研究。

挑戰

隨著電線逼近其效率極限，光學連接例如玻璃纖維，越來越多取代電線成為新的數據通信標準。在更長距離的通信中，差不多所有的數據通信都是光學的。計算機系統和晶元也一樣，其數據通信量的增長是呈指數級的，但是通信仍然是電子的，所以這樣越來越成為制約數據通信的瓶頸因素。

因為晶元所消耗的能量的大部分來源於這些連接（「信號連接」），全球許多科學家正在致力於研發光學（光子的）內部連接。光學方案中最重要的部分，就是將數據轉化為光信號的光源，它的尺寸必須足夠小，以適配晶元微觀結構的需求。

同時，輸出容量和效率也必須很好。特別是效率，這一項非常具有挑戰性。因為功率達納瓦或者微瓦的小型光源，迄今為止，效率都顯得十分不足。

更低光線損耗

埃因霍芬理工大學的研究人員，開發了一種尺寸在幾百納米的發光二極體（LED），集成了能夠傳輸光信號光學通路（波導）。這種納米級的 LED，效率是現有最佳同類產品的1000倍。同時，研究人員在光源和波導之間耦合質量上，取得了特殊的進展，使得光線更少損失，更多的光線得以進入波導。

這種新型納米LED的效率目前在0.01%到1%之間，但是研究人員希望能夠憑藉新的生產方法，很快地提高這一數據。

磷化銦薄膜

這種新型納米LED的另外一項關鍵特性，就是可以集成到硅基片中，位於一層磷化銦薄膜上。硅是晶元製造的基本材料，但是並不適合光源，然而磷化銦卻比較適合。更進一步地說，測試顯示這種新材料可以迅速地將電信號轉變為光信號，可以控制的數據速度達每秒幾千兆比特。

可行性

埃因霍芬理工大學的研究人員相信他們的納米LED，是一種切實可行的解決方案，將可以應對晶元日益增長數據通信需求。

然而，他們也對於前景感到謹慎，這項開發目前尚未達到可以工業級生產的標準，量產的技術仍然需要進一步開發。

參考資料

【1】https://www.tue.nl/en/university/news-and-press/news/02-02-2017-1000-times-more-efficient-nano-led-opens-door-to-faster-microchips/

【2】V. Dolores-Calzadilla, B. Romeira, F. Pagliano, S. Birindelli, A. Higuera-Rodriguez, P. J. van Veldhoven, M. K. Smit, A. Fiore, D. Heiss.Waveguide-coupled nanopillar metal-cavity light-emitting diodes on silicon. Nature Communications, 2017; 8: 14323 DOI: 10.1038/ncomms14323