Intel versnelt optische communicatie

Twee jaar geleden toonde Intel al aan dat het mogelijk was om uit gewoon silicium een halfgeleiderlaser te maken. Dit was de zogeheten Raman-laser. Nu heeft het concern uit gewoon halfgeleidermateriaal een fotodetector geproduceerd. Alleen de top van de detector is niet van silicium, maar van germanium. Dat materiaal kan relatief eenvoudig samen met silicium worden verwerkt. Het onderdeel in kwestie is een Avalanche Photo Detector, ofwel kortweg een APD. Een APD kan tijdens de fabricage van een chip worden meegebakken en is in staat om signalen tot 40 gigabits/seconde te ontvangen. De APD heeft de vorm van een afgeknotte kegel, op de bovenkant waarvan een glasvezel wordt gekoppeld. Het licht dat door de vezel loopt, wordt direct omgezet in elektrische pulsen die verder de chip in gaan. De top van de APD is gemaakt uit germanium, dat fungeert als een soort optische spons. Elk foton dat uit de glasvezel komt, wordt in de germaniumtoplaag opgenomen. De daaronder liggende siliciumkegel werkt als fotomultiplicator. Kort samengevat levert het binnenkomen van één foton 10 tot 100 elektronen op. De fotodetector reageert dus zeer efficiënt op de binnenkomende lichtpulsen.Intel ziet vooral mogelijkheden om chips binnen hetzelfde systeem razendsnel met elkaar te laten communiceren. Via een optische databus kunnen diverse rekenkernen in dezelfde server of op dezelfde chip snel gegevens uitwisselen. Andere toepassingen waarover de onderzoekers denken, zijn sensoren en biochips.Intel heeft bij dit onderzoek samengewerkt met een aantal partners, in een project dat onder auspiciën van Darpa werd uitgevoerd. Darpa is de onderzoekstak van het Amerikaanse ministerie van Defensie. Het project kende een aantal randvoorwaarden; zo moest een optisch systeem worden gebouwd uit eenvoudig silicium, met gebruik van standaardproductietechnieken en zonder de noodzaak om een geheel nieuwe fabriek op te hoeven zetten.De proefschakelingen zijn gebakken bij Numonyx, een producent van geheugenchips uit Zwitserland. Daarbij werd duidelijk dat er voor het maken van fotodetectoren geen ingewikkelde maatregelen genomen hoeven te worden. Enige punt van aandacht was het scheidsvlak tussen de siliciumbasis en de germaniumtop van de detector. Het kristalrooster van germanium is namelijk 4 procent groter dan dat van silicium. Bij gewoon opdampen van het germanium zouden dus problemen kunnen ontstaan. Het team heeft dit opgelost door zeer nauwkeurige temperatuurregeling tijdens de productiefase, waardoor het kristalrooster van de siliciumcomponent iets werd opgerekt. Beide roosters sloten daardoor beter op elkaar aan, zodat de doorgifte van fotonen niet onnodig wordt gehinderd. Bij een mismatch tussen kristalroosters treedt namelijk makkelijk reflectie op.