LED开发，可以直接集成到计算机芯片中

MIT研究人员已经开发了一个明亮，高效的硅LED，可以直接集成到计算机芯片上。预先可以降低使用LED供感或通信的微电子的成本和提高微电子的性能。

前进可以降低生产成本并降低微电子的大小以进行传感和通信。

发光二极管 - LED - 可以做的方式比照亮你的起居室。这些光源也是有用的微电子。

例如，智能手机可以使用LED接近传感器来确定您是否在脸部旁边握住手机（在这种情况下屏幕关闭）。LED向您的脸部发出灯光，手机中的计时器衡量光线反射返回手机的时间，这是一个代理手机如何接触到脸部。LED也可以方便地用于自动对焦摄像机和手势识别中的距离测量。

LED的一个问题：让他们从硅子中制作很难。这意味着LED传感器必须与其设备的基于硅的处理芯片分开制造，通常以余地。但是，由于MIT研究实验室（RLE）的新研究，有一天可以改变。

研究人员用完全集成的LED制造了一种硅芯片，足够明亮，以实现最先进的传感器和通信技术。该预付款可能导致不仅流线型制造，而且对纳米级电子产品的性能也更好。

RLE中的博士生金雪领导了该研究，该研究于本月在IEDM会议上提出。麻省理工学院共同作者包括Rajeev Ram教授，他领导RLE的物理光学和电子集团，以及Jaehwan Kim，Alexandra Mestre，Dodd Gray，Danielus Kramnik和Amir Atabaki。其他共同作者包括Kian Ming Tan，Daniel Chong，Sandipta Roy，H. nong，Khee Yong Lim和Elgin Quek，来自Globalfoundries。

硅广泛用于电脑芯片，因为它丰富，便宜和半导体，这意味着它可以交替地阻挡并允许电子流动。这种在“OFF”和“开启”之间切换的能力下潜计算机执行计算的能力。但是尽管硅的优异电子特性，但在光学特性方面并不相当闪耀 - 硅使光源不佳。因此，当需要将LED技术连接到设备的计算机芯片时，电气工程师经常转向材料。

这两个图像显示硅LED接通（左）和关闭。

例如，智能手机的接近传感器中的LED由III-V半导体制成，因此调用，因为它们包含来自周期表的第三列和第五列的元素。（硅在第四列中。）这些半导体比硅更光学有效 - 它们从给定的能量产生更多的光。（您没有看到从接近传感器产生的光源，因为它是红外线，不可见。）

虽然接近传感器是手机硅处理器尺寸的一小部分，但它可以显着增加了手机的总体成本。“有一个完全不同的制造过程，需要一个不同的工厂，制造一个部分，”RAM说。“所以目标是：你能把这一切放在一个系统中吗？“RAM的团队只是这样做了。

Xue设计了一种基于硅的LED，具有特殊的工程连接 - 二极管的不同区域之间的触点 - 以增强亮度。这种提升效率：LED在低电压下运行，但它仍然产生足够的光以通过5米的光纤电缆传输信号。此外，GlobalFoundries将LED与其他硅片微电子组件一起制造，包括晶体管和光子探测器。虽然薛的LED没有完全出现传统的III-V半导体LED，但它很容易在基于硅的LED上尝试。

“我们如何使更好的Silicon LED的优化过程对过去的报告有很大改进，”薛说。他补充说，硅LED也可以比预期更快地打开和关闭。该团队使用LED在高达250 MegaHertz的频率下发送信号，表明该技术可能不仅可以用于传感应用，还可以用于高效数据传输。薛的团队计划继续开发技术。但是，他说，“这已经取得了很大进展。”

RAM设想当LED技术可以建立在设备的硅处理器上时 - 无需单独的工厂。“这是在标准的微电子过程中设计的，”他说。“这是一个非常集成的解决方案。”

除了更便宜的制造外，还可以提高LED性能和效率，因为电子收缩到更小的尺度。也就是说，根据RAM，III-V半导体具有非膜表面，允许允许能量丢失的“悬空粘合”而不是作为光。相比之下，硅形成清洁晶体表面。“我们可以利用那些非常干净的表面，”Ram说。“对于这些微观申请来说，它有用足以竞争。”

“这是一个重要的发展，”伯克利加州大学的电气工程师Ming Wu说，伯克利没有参与研究。“它允许硅集成电路直接用光而不是电线彼此通信。这有点令人惊讶，因为硅具有间接带隙并且通常不会发光。“

Silicon“占据电子设备中的皇冠”将继续“毫无疑问”，汉宾国立大学的应用光学研究员长荣李说，他也没有参与工作。然而，他同意吴，该前进代表了迈向基于硅的计算机的一步，这些计算机不那么依赖于电子通信。“例如，有一种光学CPU架构，半导体行业一直在梦想。基于硅的微LED的报告显示了这些尝试的显着进展。“

RAM有信心他的团队可以继续这种技术，所以一天的LED将廉价，有效地集成到硅芯片中作为行业标准。“我们认为我们不认为我们在这里靠近尾端的任何地方，”Ram说。“我们有想法和结果，指出了重大改善。”

这项研究得到了新加坡科学，技术和研究的代理，并受到肯京洞教育基金会的支持。