このLEDはコンピュータチップに直接統合することができます

発光ダイオード（LED）は、照明だけでなく、多くのアプリケーションで重要です。これらの光源は、マイクロエレクトロニクスでも役立ちます。たとえば、スマートフォンはLED近接センサーを使用して、スマートフォンを顔の横に持っているかどうかを判断できます（この場合、画面がオンになります）。 LEDはあなたの顔に向かって光のパルスを送り、電話のタイマーはその光が反射して戻るのにかかる時間を測定します。これは電話があなたの顔にどれだけ近いかを測定します。 LEDは、オートフォーカスカメラやジェスチャ認識での距離測定にも便利です。

LEDの問題の1つ：シリコンで作るのは難しいです。つまり、LEDセンサーは、デバイスのシリコンベースの処理チップとは別に、多くの場合高額で製造する必要があります。しかし、MITの電子工学研究所（RLE）の新しい研究のおかげで、それはいつか変わる可能性があります。

研究者たちは、最先端のセンサーと通信技術を可能にするのに十分な明るさ​​の、完全に統合されたLEDを備えたシリコンチップを製造しました。この進歩は、製造の合理化だけでなく、ナノスケールの電子機器のパフォーマンスの向上にもつながる可能性があります。

シリコンは、豊富で安価な半導体材料であるため、コンピュータチップに広く使用されています。しかし、シリコンの優れた電子特性にもかかわらず、光学特性に関してはそれほど輝いていません。シリコンは光源を貧弱にします。そのため、電気技師は、LEDテクノロジーをデバイスのコンピューターチップに接続する必要があるときに、材料から離れることがよくあります。

たとえば、スマートフォンの近接センサーのLEDは、周期表の3列目と5列目の元素が含まれていることからいわゆるIII-V半導体でできています。 （シリコンは4列目にあります。）これらの半導体はシリコンよりも光学的に効率的です—与えられた量のエネルギーからより多くの光を生成します。

近接センサーは携帯電話のシリコンプロセッサの数分の1のサイズですが、携帯電話の全体的なコストを大幅に増加させます。必要な製造プロセスはまったく異なり、その1つの部品を製造するのは別の工場です。したがって、研究チームの目標は、これらすべてを1つのシステムにまとめることでした。彼らは、輝度を高めるために特別に設計された接合部を備えたシリコンベースのLEDを設計しました。この向上した効率：LEDは低電圧で動作しますが、それでも5メートルの光ファイバーケーブルを介して信号を送信するのに十分な光を生成します。さらに、LEDは、トランジスタや光子検出器などの他のシリコンマイクロエレクトロニクスコンポーネントと並んで、商業ファウンドリで製造されました。このLEDは、従来のIII-V半導体LEDを完全に凌駕するものではありませんでしたが、シリコンベースのLEDでの以前の試みを簡単に打ち負かしました。

「より良いシリコンLEDを作成する方法の最適化プロセスは、過去のレポートよりも大幅に改善されました」と主任研究員のJinXue氏は述べています。彼はまた、シリコンLEDが予想よりも速くオンとオフを切り替えることができると付け加えました。チームはLEDを使用して、最大250メガヘルツの周波数で信号を送信しました。これは、このテクノロジーがセンシングアプリケーションだけでなく、効率的なデータ送信にも使用できる可能性があることを示しています。チームは技術の開発を続ける予定です。しかし、Xueは、「すでに大きな進歩を遂げています」と述べています。

より安価な製造に加えて、この進歩は、電子機器がこれまでになく小さな規模に縮小するにつれて、LEDの性能と効率を改善する可能性もあります。これは、微視的スケールでは、III-V半導体の表面が理想的ではなく、エネルギーが光ではなく熱として失われる「ダングリングボンド」がちりばめられているためです。対照的に、シリコンはよりきれいな結晶表面を形成します。 「私たちはそれらの非常にきれいな表面を利用することができます」とラジーブ・ラム教授は言いました。 「これらのマイクロスケールアプリケーションで競争力を発揮するのに十分なほど便利です。」これにより、シリコン集積回路は、電線の代わりに光で直接相互に通信することができます。シリコンには間接バンドギャップがあり、通常は発光しないため、これはやや驚くべきことです。この進歩は、電子通信への依存度が低いシリコンベースのコンピューターへの一歩を表しています。たとえば、半導体業界は長い間、光CPUアーキテクチャを夢見てきました。シリコンベースのマイクロLEDのレポートは、これらの試みが大幅に進歩したことを示しています。