이 LED는 컴퓨터 칩에 직접 통합될 수 있습니다.

발광 다이오드(LED)는 단순한 조명보다 더 많은 응용 분야에서 중요합니다. 이러한 광원은 마이크로일렉트로닉스에도 유용합니다. 예를 들어 스마트폰은 LED 근접 센서를 사용하여 전화기를 얼굴 옆에 들고 있는지 확인합니다(이 경우 화면이 켜짐). LED가 얼굴을 향해 빛의 펄스를 보내고 전화기의 타이머는 빛이 반사되는 데 걸리는 시간, 전화기가 얼굴에 얼마나 가까운지를 측정합니다. LED는 자동 초점 카메라의 거리 측정 및 제스처 인식에도 유용합니다.

LED의 한 가지 문제:실리콘으로 LED를 만드는 것은 어렵습니다. 즉, LED 센서는 장치의 실리콘 기반 처리 칩과 별도로 제조되어야 하며 종종 비싼 가격에 제조되어야 합니다. 그러나 MIT의 전자 연구 연구소(RLE)의 새로운 연구 덕분에 언젠가는 바뀔 수 있습니다.

연구원들은 최첨단 센서와 통신 기술을 가능하게 할 만큼 충분히 밝은 완전히 통합된 LED가 있는 실리콘 칩을 제작했습니다. 이러한 발전은 제조를 간소화할 뿐만 아니라 나노 규모 전자 제품의 성능을 향상시킬 수 있습니다.

실리콘은 풍부하고 저렴한 반도체 재료이기 때문에 컴퓨터 칩에 널리 사용됩니다. 그러나 실리콘의 우수한 전자적 특성에도 불구하고 광학적 특성에 관해서는 그다지 빛을 발하지 않습니다. 실리콘은 열악한 광원을 만듭니다. 따라서 전기 엔지니어는 LED 기술을 장치의 컴퓨터 칩에 연결해야 할 때 재료를 외면하는 경우가 많습니다.

예를 들어 스마트폰의 근접 센서에 있는 LED는 III-V 반도체로 만들어지며 주기율표의 세 번째와 다섯 번째 열에 있는 원소를 포함하고 있기 때문에 그렇게 부릅니다. (실리콘은 네 번째 열에 있습니다.) 이 반도체는 실리콘보다 광학적으로 더 효율적입니다. 주어진 에너지 양에서 더 많은 빛을 생성합니다.

그리고 근접 센서는 전화기의 실리콘 프로세서 크기의 일부이지만 전화기의 전체 비용을 크게 증가시킵니다. 완전히 다른 제조 공정이 필요하고, 그 부품을 제조하는 별도의 공장이 있습니다. 그래서 연구팀의 목표는 이 모든 것을 하나의 시스템에 통합하는 것이었습니다. 그들은 밝기를 향상시키도록 특별히 설계된 접합부가 있는 실리콘 기반 LED를 설계했습니다. 이 향상된 효율성:LED는 낮은 전압에서 작동하지만 여전히 5미터의 광섬유 케이블을 통해 신호를 전송하기에 충분한 빛을 생성합니다. 또한 LED는 트랜지스터 및 광자 검출기를 포함한 다른 실리콘 마이크로 전자 부품과 함께 상업용 파운드리에서 제조되었습니다. 이 LED는 기존의 III-V 반도체 LED를 능가하지는 않았지만 이전에 시도한 실리콘 기반 LED를 쉽게 능가했습니다.

수석 연구원인 Jin Xue는 "더 나은 실리콘 LED를 만드는 방법에 대한 우리의 최적화 프로세스는 과거 보고서에 비해 상당히 개선되었습니다. 그는 실리콘 LED도 예상보다 빨리 켜고 끌 수 있다고 덧붙였다. 팀은 LED를 사용하여 최대 250MHz의 주파수에서 신호를 전송했는데, 이는 이 기술이 감지 애플리케이션뿐만 아니라 효율적인 데이터 전송에도 잠재적으로 사용될 수 있음을 나타냅니다. 팀은 기술 개발을 계속할 계획입니다. 그러나 Xue는 "이미 큰 발전을 이루었습니다."라고 말합니다.

제조 비용이 저렴할 뿐만 아니라 전자 장치가 더 작은 규모로 축소됨에 따라 LED 성능과 효율성도 향상될 수 있습니다. 미시적 규모에서 III-V 반도체는 에너지가 빛이 아닌 열로 손실될 수 있도록 하는 "댕글링 본드"로 가득 찬 비이상적인 표면을 가지고 있기 때문입니다. 대조적으로, 실리콘은 더 깨끗한 결정 표면을 형성합니다. Rajeev Ram 교수는 “매우 깨끗한 표면을 활용할 수 있습니다. "이러한 마이크로스케일 애플리케이션에 대해 경쟁력을 가질 만큼 충분히 유용합니다." 이를 통해 실리콘 집적 회로가 전선 대신 빛으로 서로 직접 통신할 수 있습니다. 이것은 실리콘이 간접적인 밴드갭을 가지고 있고 일반적으로 빛을 방출하지 않기 때문에 다소 놀랍습니다. 이러한 발전은 전자 통신에 덜 의존하는 실리콘 기반 컴퓨터를 향한 한 걸음을 나타냅니다. 예를 들어, 반도체 산업은 오랫동안 광학 CPU 아키텍처를 꿈꿔 왔습니다. 실리콘 기반 마이크로 LED에 대한 보고서는 이러한 시도에서 상당한 진전을 보여줍니다.