מערכת אופטית חדשה שבה אור מיוצר ע"י לייזר ומועבר ע"ג סיליקון תוכל להוביל לפיתוחים חדשניים בתחומי האלקטרוניקה השונים, החל מאבחון רפואי וכלה בחיישנים מתקדמים.
.
| לייזר על סיליקון. צילום: אוניברסיטת קליפורניה בסנטה ברברה |
למרות יתרונותיהן הרבים של מתכות בהעברת מידע ממעגל חשמלי אחד לשני ע"ג סיליקון המצוי בתוככי מחשבים והתקנים אלקטרוניים אחרים, מהנדסי חשמל מאוניברסיטת דיוק טוענים כי אותות אופטיים עשויים להעביר נפח מידע גדול יותר. בעקבות כך, המהנדסים תכננו והדגימו את פעולתם של לייזרים בגודל מיקרוסקופי המשולבים בתוככי שכבות דקיקות של מוליכי אור ע"ג סיליקון שיוכלו בעתיד להחליף את המתכת נחושת במגוון מוצרים אלקטרוניים.
לא רק שהמבנים ע"ג הסיליקון מכילים לייזרים פולטי-אור זערוריים, אלא שהם גם מחברים את הלייזרים הללו לתעלות המוליכות במדויק את האור הנפלט למטרתו, לרוב שבב או רכיב אלקטרוני אחר סמוך. גישה חדשנית זו תוכל לסייע לאותם מהנדסים אשר מעוניינים לפתח מחשבים והתקנים חשמליים מהירים וזעירים יותר תוך שימוש באור כנשא המידע של הדור הבא.
המהנדסים מאמינים כי הם הצליחו לפתור חלק מהחידות שהיו פתוחות בפני המדענים שניסו להפיק ולשלוט באור בקנה-מידה זערורי זה.
"הפקת אור והולכתו דרך סיליקון באופן מבוקר הינם הצעדים הראשונים בדרך לפיתוח מערכות אופטיות בגודל של עולם השבבים," אמרה Sabarni Palit, חוקרת במחלקה להנדסת חשמל ומחשבים באוניברסיטת דיוק. ממצאי המחקר, שקיבל סיוע מהמשרד למחקר צבאי, פורסמו בכתב-העת המדעי Optics Letters.
"האתגר היה הייצור של אור בקנה-מידה קטן זה על סיליקון, והערובה שהוא מועבר ביעילות וללא אובדני אנרגיה לרכיב הבא," אמרה החוקרת. "מצאנו דרך לייצר מבנה של מעטה דקיק המשולב ע"ג הסיליקון שלא רק מכיל את מקור האור וניתן לקירור, אלא המסוגל גם להוליך במדויק את הגל לרכיב הבא בתור," מסבירה החוקרת. "שילוב זה הינו גישה הכרחית לכל מערכת מבוססת אור בקנה-מידה מיקרוסקופי."
צוות המחקר הצליח לפתח שיטה להכנת מצע דקיק של לייזר, ולחבר אותו למשטח של סיליקון. הלייזרים מחוברים למבנים נוספים באמצעות הנחת שכבה מיקרוסקופית של פולימר המכסה את קצהו האחד של הלייזר וממשיכה לתוך תעלה המובילה לרכיבים הסמוכים. לכל שכבה של הלייזר ולכל תעלה מוליכת אור ניתנים מאפיינים, או תפקודים ייחודיים, באמצעות תהליכי ננו- ומיקרו-ייצור מיוחדים ובאמצעות הסרה בררנית של חלקים מהמצע ע"י כימיקלים מתאימים.
"במהלך הפקת הלייזר נוצר חום, העלול לפגוע ביעילות הפעולה ואפילו לפירוקו של הלייזר בחלוף הזמן," מסבירה החוקרת. "גילינו כי הכנסת פס דקיק של מתכות בין שכבת הלייזר לבין שכבת הסיליקון מובילה לפיזור של החום הנוצר ומאפשרת זמן-חיים ארוך יותר של הלייזרים."
היכולת לנצל אור בקנה-מידה מיקרוסקופי הינה עניין מרגש," אומרת החוקרת. "אולם יש צורך בכך שהאנרגיה המסופקת למערכות אלו תהיה מועטה, כך שהן תוכלנה להיות ניידות, וכן זולות להפקה. מערכות אלו תוכלנה לשמש במכשירי אלקטרוניקה, באבחון רפואי ובחישת הסביבה."
הידיעה מאוניברסיטת דיוק
