【ＩＴ】誕生した「発光するシリコン」は、こうして半導体チップを“光の速さ”へと進化させる [しじみ★]
■ このスレッドは過去ログ倉庫に格納されています
シリコンを発光させて半導体チップに組み込む技術の開発に、オランダの研究チームがこのほど成功した。極小のシリコンレーザーからなる光子回路を半導体チップに組み込むことで、過熱させることなくデータの高速伝送と消費電力の低減が可能になるという。大規模な実装が可能になれば、光ベースコンピューティングの実用化に向けた大きな一歩になる可能性を秘めている。
いまから50年近く前、インテルの共同創業者のゴードン・ムーアは、半導体チップに搭載されたトランジスターの集積率が18カ月ごとに2倍になると予測した。「ムーアの法則」として知られるこの有名な“予言”は、しばらくは的中した。
1970年代初頭にインテルが初のマイクロプロセッサーを発表したとき、このプロセッサーにはわずか2,000超のトランジスターしか搭載されていなかった。それが今日では、iPhoneのプロセッサーには数十億個のトランジスターが搭載されている。だが、すべての物ごとには終わりがあるように、ムーアの法則も例外ではなかった。
■光るシリコンでチップの高速化が可能に
最新のトランジスターは、コンピューターの“脳細胞”として機能するが、その大きさは原子数個分の長さしかない。トランジスターを詰め込みすぎると、電子の渋滞、過熱、奇妙な量子効果など、多くの問題を引き起こす可能性がある。
その解決策として、チップ内部のデータ伝送を電子ではなく光子に置き換えるために、電子回路の一部を光学的結合にする方法がある。ただし、問題がひとつある。半導体チップの主な材料であるシリコンは発光できないのだ。
ところが欧州の研究チームが、ついにこのハードルを乗り越えたという。オランダのアイントホーフェン工科大学の物理学者エリック・バッカーズが率いる研究チームは、発光できるシリコン合金ナノワイヤーを成長させた詳細について記した論文を、4月に『Nature』に発表したのだ。
このテーマは物理学者たちが何十年もかけて取り組んできた課題である。バッカーズの研究室では、すでにこの技術を使って、半導体チップに組み込める極小のシリコンレーザーを開発した。従来の電子チップに光子回路を組み込むことで、半導体チップを過熱させることなく、データの高速伝送と消費電力の低減が可能になる。機械学習などのデータ集約型の用途に、とりわけ有用だと考えられるという。
「シリコン合金でつくられたナノワイヤーから光の放射を実証できたことは、大きなブレイクスルーです。何と言ってもシリコンは半導体チップの製造プロセスで使ってきた材料ですから」と、マックス・プランク光科学研究所のマイクロ波フォトニクスグループを率いるパスカル・デルヘイは言う。彼は今回の研究には関与していない。「この先、光回路と電子回路の双方を組み合わせたマイクロチップの製造が可能になるかもしれません」
シリコン原子は、ウェハー内で立方結晶の格子状に配置されているので、特定の電圧条件で格子内を電子が移動できる。だが、光子はこのようには動かない。このため光はシリコン内で簡単に移動できないのだ。
バッカーズらが立てた仮説は、シリコンの格子状形状を立方体ではなく六角形の繰り返しにすれば、光子がシリコン層を伝播できるのではないかというものだ。
ところが、シリコンは立方体という結晶化構造が最も安定しているので、六方晶構造を実際につくることが信じられないほど難しいことがわかった。「40年ものあいだ、多くの人が六方晶構造のシリコンをつくろうとしてきたのですが、成功しませんでした」と、バッカーズは言う。
アイントホーフェン工科大学のバッカーズらは約10年間、六方晶構造のシリコンを作成しようと取り組んできた。解決策のひとつは、ガリウムヒ素のナノワイヤーを組立構造として使用し、目的の六角形構造をもつシリコン・ゲルマニウム合金製のナノワイヤーに成長させることだった。
シリコンにゲルマニウムを加えることは、シリコンの光の波長などの光学特性を調整するために重要になる。「予想以上に時間がかかりました」と、バッカーズは言う。「5年前にはここまでできると思っていましたが、全体のプロセスには微調整が何度も必要だったのです」
続きはソースで
https://wired.jp/wp-content/uploads/2020/04/Science_siliconlight_228596.jpg
https://wired.jp/2020/05/14/after-50-years-of-effort-researchers-made-silicon-emit-light/ ＩＣチップ内の伝送がＡＤＳＬから光回線に代わるみたいなことなのか 18ニュースソース検討中＠自治議論スレ2020/04/14(火) 18:15:45.68
通信が光速でも
演算も増幅も出来なさそう
レーザーではないけど、光で伝送するフォトカプラはIC化されて
秋月電子でも手に入る
レーザーを出す部分は発熱する
光が通るところも幾らか発熱する
レーザーから電気信号に変換するところも発熱する
SiGeは原料は安価だが
製造に手間がかかるようではかえって高価になる
この研究は良い結果を出していると思うが
アピールポイントが間違っている
19ニュースソース検討中＠自治議論スレ2020/04/14(火) 19:40:21.49
>> 18
増幅も演算も出来るよ。
ただ集積出来ない。 >>4
こないだ結婚してたのがバレた上に不倫までしてて叩かれた声優 >>「ムーアの法則」として知られるこの有名な“予言”
いやそれ自己成就させてきた開発目標だから シリコンを光らせるのは結構前に日本が最初にやってるけどな＾＾；
よく考えりゃ解るけど、あんまり細くすると全然通らなくなるんだよな
今のチップ配線って光の波長なんかより全然細いから・・・
おまけに電気みたくカクカク曲げて配線できないから全く集積度が上がらないんだよな 確かに昔俺が見た未来のPCはただのガラスのキューブみたいだった 一瞬TENGAの新作かと思った
しかし励起レーザーシリコンとか何かスゴそう チップの積層に貫通配線要らなくなるかも
各層に縁から電源だけ供給してひっくり返した中継チップ挟んで光パラレル通信
工作要求精度が桁違いに緩くなるｗｗ >>1
昔の映画に出てきた未来のコンピュータに近くなるのか >>33
電子は1/5
そこそこ速いが
光の方がいい
ただし現実にはCPUとメモリの間の接続にしか使われない 人間とほぼ同じ形状のロボットが作れそうだ。
重量軽減が課題になるし、人の住まいに適合するには
矢張り人型が相応だ。 半導体じゃ損失小さくないから発光させたとしても発熱するよね？
今回のは結晶を作ったってだけでしょ？
量子効果が現れるような微細領域じゃ、電子だろうと光子だろうと、簡単には応用できんよ。
>>33
導体中の電場の速度は光速並だが、電子の速度は数mm/s カタツムリよりは早い程度
200kVのレンズとか使う電子顕微鏡の真空中とかだと、光速の数分の一程度までは加速できる ノイズを減らすのに役に立つなら活用法はあるんじゃないか 光もスケールが小さくなると量子効果効いてくるんだけど・・・ 窒化ガリウムはパワーデバイス向けでこの技術と用途が違うんだよなぁ >>62
酸化ガリウムもポストシリコンの一員だぞ
特にパワー半導体は炭化ケイ素に移行が進んでるが、その次世代は酸化ガリウムが既定路線 Egが広いから青色〜紫外域のLED材料としてみんな使われてる。
青色LEDの黎明期はSiCがほとんどだったし 半導体の集積度は最近のＡＭＤのRyzenで7nmとか？
可視光線の波長は？おまえらそのぐらい知らないのか？（約700nmから400nm程度だ）
波長より小さい穴をその光が通過できるのか？→ほとんどできない。
つまりだ光で何かやっても集積度はそのぐらい下がるってこと、
トランジスタの数は長さの2乗分で集積できるから、その差は尋常じゃない。
光が電気信号のトランジスタを追い抜くには、その分だけ早くなければならないのは
明白だ、つまるところ現行のそれはスイッチＯＮとＯＦＦ性能で1000倍がいいところ、
近未来分を盛って1万倍ぐらいだ。
できるとすれば現行すでに開発中のメモリとＣＰＵをつなぐ配線やＣＰＵとＣＰＵを
つなぐ配線や、ＧＰＵとそれらをつなぐ配線を光配線化すること、
配線と配線が隣り合うことで静電容量が増えリーク電流が流れる、最新の半導体
の7割以上はトランジスタではなく配線部分であり、その配線の熱量を減らすのが
重要になっている。つまり半導体内の光配線ってことだ。
シリコンナノフォトニクスでｇｇｒｋｓ ■ このスレッドは過去ログ倉庫に格納されています
