这种LED可以直接集成到计算机芯片中
发光二极管（LED）在许多应用中都非常重要，而不仅仅是照明。这些光源在微电子学中也很有用。例如，智能手机可以使用 LED 接近传感器来确定您是否将手机靠近您的脸（在这种情况下屏幕会打开）。 LED 会向您的脸部发送光脉冲，手机中的计时器会测量该光反射回来所需的时间，从而衡量手机与您脸部的距离。 LED 还可方便地用于自动对焦相机中的距离测量和手势识别。
LED 的一个问题：很难用硅制造它们。这意味着 LED 传感器必须与其设备的硅基处理芯片分开制造，而且价格通常很高。但由于麻省理工学院电子研究实验室 (RLE) 的新研究，这种情况总有一天会改变。
研究人员已经制造出具有完全集成 LED 的硅芯片，其亮度足以支持最先进的传感器和通信技术。这一进步不仅可以简化制造流程，还可以为纳米级电子产品带来更好的性能。
硅被广泛用于计算机芯片，因为它是一种丰富、廉价的半导体材料。但是，尽管硅具有出色的电子特性，但它在光学特性方面并不十分出色——硅是一种较差的光源。因此，当电气工程师需要将 LED 技术连接到设备的计算机芯片时，他们通常会避开这种材料。
例如，智能手机接近传感器中的 LED 由 III-V 半导体制成，之所以这么称呼是因为它们包含元素周期表第三列和第五列的元素。 （硅在第四列。）这些半导体的光学效率比硅更高——它们在给定的能量下产生更多的光。
虽然接近传感器的尺寸只是手机硅处理器的一小部分，但它显着增加了手机的整体成本。需要一个完全不同的制造过程，并且是一个单独的工厂来制造那个零件。因此，研究团队的目标是将所有这些放在一个系统中。他们设计了一种基于硅的 LED，其结点经过专门设计以提高亮度。这提高了效率：LED 在低电压下工作，但它仍然产生足够的光来通过 5 米长的光缆传输信号。此外，LED 是在商业铸造厂与其他硅微电子元件（包括晶体管和光子探测器）一起制造的。虽然这种 LED 并没有完全超越传统的 III-V 半导体 LED，但它轻松击败了之前对硅基 LED 的尝试。
“我们对如何制造更好的硅 LED 的优化过程与过去的报告相比有了很大的改进，”首席研究员金雪说。他补充说，硅 LED 也可以比预期更快地打开和关闭。该团队使用 LED 以高达 250 兆赫的频率发送信号，这表明该技术不仅可以用于传感应用，还可以用于高效的数据传输。该团队计划继续开发该技术。但是，薛说，“它已经取得了很大的进步。”
除了制造成本更低之外，随着电子产品缩小到更小的规模，这一进步还可以提高 LED 的性能和效率。这是因为，在微观尺度上，III-V 半导体具有非理想表面，充满了“悬空键”，使能量以热而不是光的形式流失。相反，硅形成更清洁的晶体表面。 “我们可以利用这些非常干净的表面，”Rajeev Ram 教授说。 “在这些微型应用程序中具有竞争力是非常有用的。”它允许硅集成电路直接用光而不是电线相互通信。这有点令人惊讶，因为硅具有间接带隙并且通常不发光。这一进步代表着向更少依赖电子通信的基于硅的计算机迈出了一步。例如，半导体行业长期以来一直梦想着光学 CPU 架构。硅基 micro-LED 的报告显示这些尝试取得了重大进展。
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