EO

Elektronica en fotonica op één chip

13 november 2017 om 08:57 uur - Enschede

Elektronica en licht gaan in het standaard productieproces niet goed samen op een chip. Toch is promovendus Satadal Dutta van de Universiteit Twente erin geslaagd, een lichtverbinding te leggen in het hart van een chip. Bijvoorbeeld om twee circuits met elkaar te laten praten of om elektronica te koppelen aan fotonica.


Het mooie van Dutta's werk is dat er geen bijzondere materialen of fabricageprocessen voor nodig zijn: hij haalt het licht uit silicium, zodat de lichtbron, de detector en het lichtgeleidend kanaal met dezelfde technologie zijn te maken als de elektronica. Volledig optische circuits zijn weliswaar in opkomst, maar die gebruiken materialen als indiumfosfide en galliumarsenide, die niet goed zijn te integreren in de standaard chipfabricage: de huidige techniek voor alle chips in bijvoorbeeld smartphones.

 

Lawine-led

Het alternatief is dan: een led maken van silicium. En dat is een probleem, want silicium zendt alleen een beetje infrarood licht uit, terwijl een lichtdetector van silicium juist zichtbaar licht nodig heeft. Er is dan geen verbinding te maken. Dutta kiest een opmerkelijke uitweg: de led wordt ‘andersom' aangesloten. Normaal loopt er dan geen stroom, maar maak je de spanning hoog genoeg, dan komt de led in doorslag. Er gaat dan een stroompje lopen dat zichzelf versterkt tot een avalanche - lawine. Daarbij gaat de led tóch zichtbaar licht uitzenden. In dezelfde technologie kun je dan ook een lichtdetector maken en een kanaal van lichtbron naar detector. Dankzij de speciale kamstructuur die Dutta heeft ontworpen, is de lichtbron ook nog eens uniformer en energiezuiniger geworden.

 

Scheiding

Een optische verbinding in een chip is van belang om twee circuits galvanisch van elkaar te scheiden. Het ene circuit werkt bijvoorbeeld met lage spanningen en stromen, het andere met hoge vermogens. Ze moeten wel met elkaar communiceren, maar het is niet veilig om dat via een elektrisch geleidende verbinding te doen. Een transformator is dan een optie, maar ook nu wordt al voor licht gekozen, via een losse ‘optocoupler'. Die neemt veel ruimte in beslag, bovendien halen de optocouplers geen hoge datasnelheid. Dan is Dutta's nieuwe schakeling een veel compacter alternatief: het geheel is slechts enkele tientallen micrometers lang. Dit kanaal presteert qua energieverbruik weliswaar niet zo goed als de verbindingen in volledig optische circuits - het verstrooit relatief veel licht. Voordeel is wel dat je de omliggende elektronica zó kunt ontwerpen dat je de informatie kunt verzenden met een minimum aan licht.

elop

Boven- en zijaanzicht van de led, de lichtdetector (PD) en het lichtgeleidende kanaal 

 

Werelden verbinden

Fotonica staat erg in de belangstelling als opvolger van elektronica. In de overgang naar circuits die alleen maar met licht werken - ‘fotonen in plaats van elektronen' - zijn ook mengvormen denkbaar die gedeeltelijk optisch en gedeeltelijk elektronisch werken. Dutta's vinding kan die beide werelden dan met elkaar verbinden.

 

Satadal Dutta (1990, Barrackpore, India) heeft zijn promotieonderzoek uitgevoerd in de groep Semiconductor Components van prof Jurriaan Schmitz, in samenwerking met de groep Integrated Circuit Design van prof. Bram Nauta. Dutta promoveerde opt zijn proefschrift Avalanche-mode silicon LEDs for monolithic optical coupling in CMOS technology'. Het onderzoek is financieel mogelijk gemaakt door Technologiestichting STW (nu NWO-TTW) en NXP Semiconductors.

 

 

Gerelateerd nieuws

Op weg naar lichte robotpakken

Op weg naar lichte robotpakken (video)

Robots die mensen helpen bij het bewegen, ontwikkelen zich van starre exoskeletten naar flexibele pakken met een slimme aansturing. Dat verwacht professor Herman van der Kooij van de Universiteit Twente. Hij leidt het…

Kedeng, kedeng 2.0

De Sprinter uit de printer

Run2Rail onderzoekt of frames met koolstofvezel en het 3Dprinten van kritische delen resulteert in draaistellen die railvoertuigen lichter, stiller, comfortabeler en betrouwbaarder maken.

Ruimteflitsen ontrafelen dankzij gamers

Ruimteflitsen ontrafelen dankzij gamers

Elke dag gaan er duizenden enorme explosies af aan de hemel, snelle radioflitsen. Om deze flitsen beter te begrijpen heeft het Nederlandse instituut voor radioastronomie Astron onlangs nieuwe hogesnelheidscamera’s…

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

B&R Industriële Automatisering BV
B&R Industriële Automatisering BV

Perfection in Automation

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Product van de maand

RSS
Veilig heksysteem PSENmlock

Het heksysteem PSENmlock biedt een veilige vergrendeling en veilige sluiting in slechts één product. De PSENmlock...

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

20 februari 2018, Vianen

Theoriedag werken met ISO 13849-1 (PL) en IEC 62061 (SIL)

Training bij Pilz

21 februari 2018, Vianen

Workshop werken met ISO 13849-1 (PL) praktijkdag

Training bij Pilz

26 februari 2018, Markelo (NL)

Altium Advanced Training (Altium Designer 17)

Meer agendapunten »