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Neues aus der Welt der Wissenschaft |
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Siliziumhalbleiter: Licht am Ende des Tunnels |
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| | | Einen Lichtleiter auf der Basis von Silizium, das die Basis für Computer-Prozessoren darstellt, haben britische Wissenschaftler jetzt entwickelt, so das "Nature Magazine" von heute. |
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Die Verbindung von Siliziumtechnologie mit den Methoden der optischen Datenübertragung könnte eine neue Ära in der Telekommunikation einläuten, so Kevin Homewood von der Universität Surrey in England. Der neue Prototyp einer auf Silizium basierenden Licht emittierenden Diode(LED) ist mindestens genauso effizient wie konventionelle LEDs von anderen Halbleitern, so die Forscher.
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Bisher nur aufwendige Kombitechnologien
Die physikalische Trennung von Lichtleitern und elektronischen Schaltkreisen war bisher das technologische Nadelöhr, das es zu überwinden galt. Im Vergleich zu Kupferkabeln, in denen Elektronen geleitet werden, sind optische Glasfaserkabel mit Lichtteilchen wesentlich effizienter. Das Problem aber bisher war: Licht emittierende Technologien konnten nicht so ohne weiteres in Schaltkreise auf Siliziumbasis integriert werden. Diese Technologien beruhen auf Halbleitern, die mit Silizium nur in so genannten "optoelektronischen" Anordnungen zu verwirklichen waren. Diese Kombinationstechnologie ist sehr aufwendig und hat sich als nur mäßig effizient erwiesen. |
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In winzige Teile aufsplitten |
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Die einfachste Methode, so die britischen Wissenschaftler, wäre die Entwicklung von Licht emittierenden Technologien auf der Basis von Silizium selbst, doch Silizium ist nicht so leicht zur Abgabe von Licht zu bewegen.
Die Physiker aus England versuchten einen neuen Ansatz: Sie unterteilten das Silizium in Teile von der Größe einiger millionstel Millimeter. So erzeugten sie aus dem Silizium winzige kristalline Fragmente oder Netzwerke aus Nanoleitern.
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Silizium
Chemisches Zeichen Si, vierwertiges Halbmetall, Atommasse 28,0855, Ordnungszahl 14, Dichte 2,33, Schmelzpunkt 1440°C, Siedepunkt 2630°C; nach dem Sauerstoff das am häufigsten vorkommende Element, da etwa 26% der Erdrinde aus Silizium bestehen. Es tritt nur in gebundenem Zustand in der Natur auf, wie Siliziumdioxid. Silizium ist gegen sämtliche Säuren mit Ausnahme der Flusssäure beständig, dagegen in Laugen unter Bildung von Silikaten löslich. Geringe Siliziumgehalte erhöhen die Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit von Stahl und verschiedenen Legierungen. Als Halbleiter dient Silizium zur Herstellung von Fotoelementen, Dioden und Transistoren. |
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Wenn Silizium zur Lichtquelle wird |
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Wenn die Ladungsträger, die elektrischen Strom befördern, also die Elektronen, innerhalb dieser winzigen Nanokanäle "eingefangen" werden, dann wird der Prozess, der verhindert, dass diese Licht in Form von Photonen produzieren, unterbunden, sprich: Das Silizium gibt Licht ab.
Die Nanostruktur des Siliziums macht es möglich: Es fungiert als Licht emittierendes Medium. Bisherige Ansätze auf der Basis von Silizium-Nanokristallen versuchten die winzigen Nanofragmente in isolierendes Material einzubetten, was dazu führte, dass die Elektronen die winzigen Partikel nicht erreichen konnten und so keine Abgabe von Licht ermöglichten.
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Silizium-Struktur: Beschuss mittels Bor-Atomen |
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Die poröse Form der Siliziumkristalle erzeugten die Physiker mittel Beschuss des Siliziumplättchens durch Bor-Atome. Anschließend wurde dieses auf 1.000 Grad Celsius erhitzt. Die Hitze formte die Poren der Siliziumkristalle derart um, dass die Elektronen "eingefangen" werden konnten, um Photonen abzugeben, also um Licht abzugeben.
Die neue Herausforderung sehen die Forscher jetzt, auf der Basis jener Innovation funktionsfähige Technologien für die Telekommunikation zu entwickeln.
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01.01.2010 |
