Leuchtende Halbleiter

22. April 2013, 13:01
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Forscher haben eine Fabrikationstechnik entwickelt, die Germanium für Laser geeignet macht, so dass Teile eines Mikroprozessors dereinst mittels Licht kommunizieren könnten.

Forscher haben eine Fabrikationstechnik entwickelt, die Germanium für Laser geeignet macht, so dass Teile eines Mikroprozessors dereinst mittels Licht kommunizieren könnten.
Wenn es nach einem interdisziplinären Forscherteam der ETH Zürich, dem PSI (Paul Scherrer Institut) und dem Politecnico di Milano geht, sollen künftig Teile eines Mikroprozessors mittels Licht kommunizieren. Die Forscher haben dafür eine Fabrikationstechnik entwickelt, mit der sie den Halbleiter Germanium durch starke Zugspannung lasertauglich machen können. Ihre Ergebnisse haben sie soeben in einer Studie in 'Nature Photonics' vorgelegt und darin gezeigt, wie man die benötigte Zugspannung auf effiziente Weise erzeugen kann.
Der Methode kommt besonders deshalb Bedeutung zu, weil damit die Leistung kommender Computergenerationen bedeutend gesteigert werden könnte, schreibt die ETH in einer Mitteilung von heute. Wurden zur Verbesserung der Rechnerleistung bisher vor allem Computerchips verkleinert und immer dichter gepackt, stosse dieser Ansatz in absehbarer Zeit an Grenzen. Um dem sich abzeichnenden Dilemma zu entgehen, müssten die einzelnen Komponenten in Zukunft vor allem stärker verknüpft werden und effizienter miteinander kommunizieren, erklärt Martin Süess, beteiligter Doktorand am Laboratorium für Nanometallurgie der ETH Zürich. Nötig seien deshalb neue und schnellere Übertragungswege als heute, wo die Signale noch via Strom und Kupferkabel übermittelt werden. Die neue Form der Datenübertragung wollen die Forscher im Licht gefunden haben, wie Richard Geiger erklärt, Doktorand am Labor für Mikro- und Nanotechnologie am PSI und am Institut für Quantenelektronik der ETH Zürich.
Datenaustausch via Licht
Um Licht allerdings zur Übermittlung von Daten nutzen zu können, brauche es zuerst Lichtquellen, die so klein sind, dass sie auf einen Chip passen und sich mit Silizium, dem Grundmaterial aller Chips, vertragen. Silizium selbst tauge aber nicht für die Erzeugung von Laserlicht, heisst es weiter. Dagegen sei Germanium mit Silizium bestens kompatibel und werde heute schon bei der Herstellung von Siliziumchips verwendet. Sollte es gelingen, mit der neuen Methode aus Germanium winzige Laser zu bauen, rücke ein Systemwechsel in greifbare Nähe, ist man an der ETH überzeugt. Man sei auf gutem Wege und derzeit mit einer neuen Methode dabei, einen Germanium-Laser zu bauen.
Zugspannung macht Germanium lasertauglich
Denn inzwischen habe man eine Fabrikationstechnik entwickelt, mit der der Halbleiter Germanium durch starke Zugspannung lasertauglich gemacht werden kann. Die Wissenschaftler haben nachweisen können, dass sie mit ihrer Methode die optischen Eigenschaften des an sich für Laser ungeeigneten Germaniums wirksam verändern können. Schon bei einer Dehnung von drei Prozent soll das Material rund 25 Mal mehr Photonen abgeben als im entspannten Zustand. Das reiche bereits aus, um damit Laser zu bauen, wie die Forscher in ihrer Studie festhalten.
Konkret erklärt man das Vorgehen so: Um das Germanium mit der neuen Methode in seine laserfähige gestreckte Form zu bringen, nutze man die leichte Spannung, die im Germanium entsteht, wenn es auf Silizium aufgedampft wird. Diese Vorspannung verstärken die Wissenschaftler dann durch sogenannte Mikro-Brücken: Sie kerben freigelegte Germaniumstreifen, die an beiden Enden auf der Siliziumschicht fixiert bleiben, in der Mitte von beiden Seiten tief ein. Die beiden Hälften des Streifens bleiben dadurch lediglich über einen äusserst schmalen Steg verbunden. Genau dort verstärkt sich die Dehnung des Germaniums aus physikalischen Gründen so sehr, dass es an dieser Stelle lasertauglich wird. (vri)

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