צוות מדענים מאוניברסיטת פורדו יצרו טרנזיסטור סיליקון אופטי שעונה על כל הדרישות הבסיסיות עבור הרכיב, תואם לטכנולוגיות ייצור ה-CMOS שזמינות כיום ומסוגל לפעול בתדרים של עד ל-10GHz
רכיבים שמבוססים על מעבר אלקטרונים (מטען חשמלי) עושים עבודה טובה עד מאוד כשמדובר במרחקים קצרים מאוד, כמו אלו שבטרנזיסטורים הדחוסים במספרים בלתי נתפסים במגוון המעבדים שמוכרים לכולנו.
אלקטרונים עושים עבודה הרבה פחות טובה כאשר מדובר במרחקים ארוכים יותר, ולכן במערכות המחשוב המהירות והמתקדמות כיום תראו שימוש ברכיבים אלקטרוניים לצד רשתות אופטיות שמבוססות על פוטונים בהן ניתן להעביר מידע במהירות גבוהה ולמרחקים גדולים מאוד.
באופן טבעי, ההמרה בין הרכיבים האלקטרוניים לרשתות האופטיות צורכת משאבים וגם פוגעת ביעילותה של המערכת כולה, על כן אין זה מפתיע שרשתות מחשוב המבוססות במלואן על רכיבים אופטיים הן דבר נחשק במיוחד ונחשבות לעתיד עולם המחשבים – על אחת כמה וכמה כאשר מדובר על רשתות אופטיות המבוססות על רכיבי סיליקון, המוליך למחצה הזול והנפוץ מכולם שמשמש כ"מלך" הבלתי מעורער של עולם השבבים כבר עשרות שנים.
| סכמה כללית של מבנה הטרנזיסטור האופטי |
עכשיו, צוות חוקרים מאוניברסיטת פורדו (Purdue University) שבאינדיאנה טוען כי הצליח היכן שרבים כשלו לפניו – ופיתח טרנזיסטור אופטי מסיליקון שלכאורה עונה על כל הדרישות הבסיסיות מרכיב שכזה.
בבסיס הטרנזיסטור החדשני נעשה שימוש במהוד אופטי טבעתי (microring resonator) שמוצב בסמוך לקו אופטי שבו עובר אור ממבוא הרכיב למוצאו. מצידו השני של המהוד מחובר קו אופטי נוסף המשמש כשער (gate) ששולט בטרנזיסטור – במצב רגיל, המהוד אינו מפריע לאור לעבור בקו האופטי הראשי שבין המבוא למוצא הרכיב, אך כאשר נכנס אור לשער ישנה התחממות של המהוד שגורמת לשינוי מאפייניו ולמצב בו האור בקו האופטי הראשי "נכלא" במהוד ומרביתו לא יוצא החוצה.
במילים אחרות – שליטה על הקו האופטי המשמש כשער תאפשר לקבוע האם יהיה או לא יהיה אור במוצא הטרנזיסטור, בדומה לטרנזיסטור אלקטרוני בו שליטה על הפרש הפוטנציאלים דרך השער מאפשרת לקבוע האם יזרום זרם בין המבוא למוצא או שלא.
| דיאגרמה של האור במוצא הטרנזיסטור כשזה במצב פתוח ובמצב סגור |
תוספת של מסנן ייעודי במוצא הרכיב מאפשרת ליצור הבדל גדול יותר בין כמות האור המתקבלת במוצא כשהרכיב "פתוח" לבין כמות האור המתקבלת כשהרכיב "סגור" (on/off ratio), מה שמקטין את הסיכוי להיווצרות מצב שגיאה בו לא ברור האם הרכיב פתוח או סגור ולמעשה מגביר את אמינותו של הטרנזיסטור.
בנוסף, האות האופטי שמתקבל במוצא הטרנזיסטור הינו מספיק בכדי להפעיל לכל הפחות זוג כניסות לרכיבים אחרים (fan-out) – עוד מאפיין חיוני עבור טרנזסיטור שמאפשר את הרכבתן של מערכות רכיבים גדולות.
במהלך הניסויים שלהם הוכיחו החוקרים כי הטרנזיסטור האופטי מסוגל לפעול בתדרים של עד 10GHz ואולי אף יותר מכך – יתרון פוטנציאלי משמעותי נוסף לעומת טרנזיסטורי הסיליקון המוכרים לנו עתה.
אם לא די בכך, צוות החוקרים הצליח ליצור את טרנזיסטור הסיליקון האופטי המדובר תוך שימוש בתהליכי ייצור הנפוצים כבר היום לייצור שבבי CMOS (ר"ת Complementary Metal Oxide Semiconductor), מה שאומר כי לא תידרש השקעה של סכומי עתק בקווי ייצור וטכנולוגיות חדשות כאשר יגיע הזמן לייצור את הטרנזיסטורים האופטיים באופן המוני.
| שבבים – בקרוב גם בגירסה 'נטולת אלקטרונים'? |
כמו בכל חדשה מרעישה מעולם האקדמיה נזכיר כי מוקדם עדיין לקפוץ למסקנות בומבסטיות, אך לא מן הנמנע כי זוהי אכן פריצת הדרך החשובה שתאפשר את יצירתן של מערכות מחשוב אופטיות מלאות חסכוניות ועוצמתיות במיוחד – נחיה ונראה.
