Pequeños "agujeros negros" en una oblea de silicio crean un nuevo tipo de fotodetector que podría mover más datos a menor costo en todo el mundo o en un centro de datos. La tecnología, desarrollado por ingenieros eléctricos de la Universidad de California, Davis, y dispositivos W &WSens, Inc. de Los Altos, Calif., una startup de Silicon Valley, se describe en un artículo publicado el 3 de abril en la revista Fotónica de la naturaleza .

"Estamos tratando de aprovechar el silicio para algo que normalmente el silicio no puede hacer, "dijo Saif Islam, profesor de ingeniería eléctrica e informática en UC Davis, que codirigen el proyecto junto con los colaboradores de W &WSens Devices, Inc. Los dispositivos fotodetectores de alta velocidad existentes utilizan materiales como arseniuro de galio. "Si no necesitamos agregar componentes que no sean de silicio y podemos integrarlos monolíticamente con la electrónica en un solo chip de silicio, los receptores se vuelven mucho más baratos ".

El nuevo detector utiliza orificios cónicos en una oblea de silicio para desviar fotones hacia los lados, preservando la velocidad del silicio de capa fina y la eficacia de una capa más gruesa. Hasta aquí, El grupo de Islam ha construido un fotodetector experimental y una célula solar utilizando la nueva tecnología. El fotodetector puede convertir datos de ópticos a electrónicos a 20 gigabytes por segundo (o 25 mil millones de bits por segundo, más de 200 veces más rápido que su módem de cable) con una eficiencia cuántica del 50 por ciento, el más rápido hasta ahora reportado para un dispositivo de esta eficiencia.

Los centros de datos necesitan conexiones rápidas

El crecimiento de los centros de datos que impulsan la "nube" de Internet ha creado una demanda de dispositivos para mover grandes cantidades de datos, muy rapido, en distancias cortas de unos pocos metros a cientos de metros. Estas conexiones también podrían usarse para conexiones domésticas de alta velocidad, Islam dijo.

Cuando los ingenieros informáticos quieren mover grandes cantidades de datos muy rápido, ya sea en todo el mundo o en un centro de datos, utilizan cables de fibra óptica que transmiten datos como pulsos de luz. Pero estas señales deben convertirse en pulsos electrónicos en el extremo receptor mediante un fotodetector. Puede utilizar silicio como fotodetector:los fotones entrantes generan un flujo de electrones. Pero hay una compensación entre velocidad y eficiencia. Para capturar la mayoría de los fotones, la pieza de silicona debe ser gruesa, y eso lo hace relativamente lento. Haga el silicio más delgado para que funcione más rápido, y se pierden demasiados fotones.

En lugar de, Los diseñadores de circuitos han utilizado materiales como el arseniuro de galio y el fosfuro de indio para hacer fotodetectores de alta eficiencia. Arseniuro de galio, por ejemplo, es aproximadamente diez veces más eficiente que un silicio a la misma escala y longitud de onda. Pero es significativamente más caro y no se puede integrar monolíticamente con la electrónica de silicio.

Agujeros cónicos como trampas de luz

El grupo del Islam comenzó experimentando con formas de aumentar la eficiencia del silicio agregando pequeños pilares o columnas, luego agujeros en la oblea de silicio. Después de dos años de experimentos, se establecieron en un patrón de agujeros que se estrechan hacia el fondo.

"Se nos ocurrió una tecnología que dobla la luz entrante lateralmente a través de silicio delgado, ", Dijo Islam.

La idea es que los fotones entren en los agujeros y sean empujados lateralmente hacia el silicio. La oblea en sí tiene un grosor de aproximadamente dos micras, pero porque se mueven de lado, los fotones viajan a través de 30 a 40 micrones de silicio, como la ondulación de las olas en un estanque cuando se deja caer un guijarro al agua.

El dispositivo basado en agujeros también puede funcionar potencialmente con una gama más amplia de longitudes de onda de luz que la tecnología actual. Islam dijo.