Tausendfache Effizienz

Nano-LEDs als Turbo für Mikrochips

| Autor / Redakteur: Benjamin Kirchbeck / Rainer Graefen

Modell einer Nano-LED mit einem integrierten Lichtwellenleiter
Modell einer Nano-LED mit einem integrierten Lichtwellenleiter (Bild: Eindhoven University of Technology)

Immer größere Datenmengen sorgen für Engpässe bei der elektronischen Datenverbindung zwischen Mikrochips. Bestens geeignet wären optische Datenübertragungen, doch eine geeignete Lösung fehlte bisher. Niederländische Forscher haben jetzt die Lösung parat: Nano-LEDs.

Die steigende Datenübertragung bei Mikrochips wird zunehmend zum Problem: Während bei längeren Datenwegen bereits nahezu ausnahmslos auf fiberoptische Verbindungen gesetzt wird, geraten Mikrochips an ihre Grenzen.

Wissenschaftler der Technischen Universität Eindhoven haben jetzt lichtemittierende Dioden (LEDs) mit der Größe von wenigen hundert Nanometern entwickelt. Mit Hilfe eines integrierten Lichtwellenleiters kann so der Datentransport erfolgen. Die Forschungsergebnisse wurden in dem Online-Magazin „Nature Communications“ veröffentlicht.

Die Effizienz konnte verglichen mit Versuchen anderer Forschungsgruppen um das Tausendfache gesteigert werden. Auch bei der Geschwindigkeit gelang ein großer Schritt in die richtige Richtung. Erste Versuche ergaben eine Übertragungsrate von zig Gigabit pro Sekunde.

Bereits seit vielen Jahren forschen Teams aus der ganzen Welt, um die Datenübertragung zwischen Chips zu verbessern. Einig war man sich, dass künftige Chipgenerationen nur mit optischer Datenübertragung Sinn machen. Der entscheidende Durchbruch wollte jedoch nicht gelingen.

Der kritischer Punkt liegt im Detail: Die in Lichtsignale konvertierten Daten müssen klein genug sein, um sie auf der mikroskopischen Chipstruktur empfangen zu können. Parallel musste aber sowohl die Leistung als auch die Effizienz gesteigert werden.

Dies gelang erstmals den Wissenschaftlern aus Eindhoven. Dabei spielt die Verwendung eines Siliziumsubstrats eine entscheidende Rolle. Diesem wurde Indium und Phosphor beigefügt, um Licht durch elektrische Stimulation zu emittieren.

Bis die Nano-LED-Technik die Serienreife erreicht, stehen aber noch einige Verbesserungen auf der Agenda. Denn die die gemessene Effizienz liegt gegenwärtig bei 0,01 bis 1 Prozent. Das Problem ist nach eigenen Angaben auf die Produktionsweise zurückzuführen.

Diese soll zeitnah durch eine neue Methode ersetzt werden. Von ihrer Erfindung überzeugt sind die Wissenschaftler aber jetzt schon. In ihrem Forschungsbericht schreiben sie, dass sie der festen Überzeugung sind, dass die Nano-LED-Technik die Bremse bei der Steigerung der Datenübertragung auf Mikrochips endgültig lösen wird.

* Diesen Beitrag haben wir von unserem Partnerportal Elektronikpraxis übernommen.

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