Pesquisadores de engenharia elétrica aumentaram a temperatura de operação de um novo laser semicondutor promissor em substrato de silício, movendo-o um passo mais perto de uma possível aplicação comercial.

O desenvolvimento de um laser "bombeado opticamente", feito de estanho de germânio cultivado em substratos de silício, pode levar a uma velocidade mais rápida de microprocessamento de chips de computador, sensores, câmeras e outros dispositivos eletrônicos - a um custo muito mais baixo.

"Em um período de tempo relativamente curto - cerca de dois anos - progredimos de 110 Kelvin para uma temperatura recorde de 270 K, "disse Shui-Qing" Fisher "Yu, professor associado de engenharia elétrica. "Agora estamos muito próximos da operação em temperatura ambiente e avançando rapidamente para a aplicação de um material que pode aumentar significativamente a velocidade de processamento com muito menos consumo de energia."

Yu lidera uma equipe multi-institucional de pesquisadores no desenvolvimento de um laser injetado com luz, semelhante a uma injeção de corrente elétrica. O laser aprimorado cobre uma faixa mais ampla de comprimento de onda, de 2 a 3 micrômetros, e usa um limite de laser mais baixo, embora seja capaz de operar a 270 Kelvin, que é aproximadamente 26 Farenheit.

"A melhoria é baseada em um simples, estrutura ainda delicada, "dito por Yiyin Zhou, doutorando no Programa Microeletrônica-Fotônica, autor principal do artigo e membro do grupo de pesquisa de Yu. "Graças à técnica de crescimento epitaxial madura, poderíamos obter a liga de alta qualidade com teor de estanho de até 20 por cento, que é a principal chave para a conquista atual. "

O estanho de germânio aproveita a emissão eficiente de luz, uma característica que o silício, o semicondutor padrão para chips de computador, Não pode fazer. Yu e outros pesquisadores de materiais se concentraram no cultivo de estanho de germânio em substratos de silício para construir um "superchip" optoeletrônico que pode transmitir dados muito mais rápido do que os chips atuais. Em 2016, Yu e seus colegas relataram a fabricação de sua primeira geração, laser bombeado opticamente.

A faixa mais ampla de comprimento de onda significa potencialmente mais capacidade de transmitir dados, e um limite de laser mais baixo e uma temperatura de operação mais alta facilitam o menor consumo de energia, que mantém os custos baixos e ajuda na simplicidade do design.

Facilmente integrado em circuitos eletrônicos, como os encontrados em sensores e chips de computador, estanho de germânio como material semicondutor pode levar ao desenvolvimento de baixo custo, leve, componentes eletrônicos compactos e de baixo consumo de energia que usam luz para transmissão e detecção de informações.

As novas descobertas foram relatadas em ACS Photonics .