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

tshirt

Innovatie in kunstonderzoek komt forensische opsporing te hulp

Een techniek die werd ontwikkeld om chemische elementen te detecteren in schilderijen en andere kunstvoorwerpen blijkt ook van belang voor forensisch onderzoek. Een onderzoeksteam van de Universiteit van Amsterdam (UvA),…

zorgrobot

Vlaamse zorgrobot werkt samen met zorgverleners (video)

Imec staat mee aan de wieg van de eerste zorgrobot die gericht en persoonlijk kan samenwerken met rusthuisbewoners. De zorgrobot werd gedemonstreerd bij de presentatie van de resultaten van het imec.icon-project Wonder,…

hitomi

Kosmisch recept voor elementen lijkt universeel

Hoe zijn alle elementen precies ontstaan in het heelal? Onderzoek daarnaar springt vooruit dankzij nieuwe telescopen en betere modellen voor analyse van de waarnemingen. Leerden we nog kortgeleden dat er aardmassa'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
Lichtschermen PSENopt slim – Beveiliging voor krappe ruimtes

Pilz breidt zijn aanbod lichtschermen uit met de familie PSENopt slim. Deze lichtschermen zijn met hun smalle formaat...

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

23 november 2017, Amersfoort

Opgeruimd denken en dan schrijven voor ingenieurs

Training wordt verzorgd door: PAO Techniek en Management Postbus 5048, 2600 GA Delft Tel: ...

28 november 2017, Neurenberg

SPS IPC Drives

Elektrische automatisering - systemen en componenten

Meer agendapunten »