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실리콘 CMOS기술을 응용한 새로운 원리의 광스위치 개발 |
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정보조사팀 |
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2005-08-16 09:57:00 |
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2,695회 |
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토쿄(東京)대학 대학원공학계 연구과 재료공학전공의 와다(和田)교수등의 연구그룹은, 실리콘 CMOS 기술을 응용하여 제작이 가능한 새로운 원리의 광스위치 기본동작을 확인하는 데 성공했다.
이 연구그룹은 고농도의 전자가 나타내는 플라즈마 반사에 주목한 새로운 원리의 광스위치를 고안해 냈으며, 전자 축적층의 유무에 의해 빛의 경로가 변화하여, 명확한 광스위치 기능이 실현될 수 있음을 나타냈다.
실제적으로 스위칭에 필요한 소자의 길이는 수미크론으로 상당히 작아 고속화에 적합하다고 한다. 이러한 실리콘을 베이스로 하는 광디바이스 광집적회로 기술은 “실리콘 포토닉스”라고 불리고 있다. 실리콘 전자 디바이스와의 집적이 가능하고, 실리콘전자 디바이스에 의해 축적되어 온 미세가공 기술의 활용이 가능하다고 하는 이점 등이 있어 최근 주목을 받고 있다. 와다 교수 등은 특히 실리콘 LSI의 집적화에 이용되는 CMOS 기술을 응용한 \'실리콘 CMOS 포토닉스\'를 추진하고 있다.
이번에 개발한 광스위치는 플라즈만 반사를 이용하여 빛의 전달방향을 스위치하는 것으로, 2개의 실리콘 도파로(導波路)가 산화막을 사이에 두고 근접한 구조를 가지고 있다. 도파로에 전류를 흘리게 되면 실리콘의 특징을 살려, 도파로간에 전압을 인가하여 실리콘 산화막계면에 전자를 축적하여 플라즈마를 형성한다. 이때, 플라즈마주파수 보다 낮은 주파를 가지는 빛은 계면에서 반사되기 때문에 스위치의 대역이(帯域)이 아주 넓은 것이 특징이라고 한다.
논리회로를 플대수로 표현하고 전자회로를 LSI로서 제작하는 기존 아키텍처는 현재 한 개의 칩상의 트랜지스터 수가 10억을 넘고, 금속배선은 10km나 되며, 배선층은 8단이나 된다.
이 때문에 저항등에 의한 속도성능의 한계, 고전력 소비에 의한 발열등이 원인으로 오작동 등 금속배선 등에 의한 배선문제가 해결되지 않아 왔다. 이와 전혀 다른 광 컴퓨팅 아키텍처인 BDD는 광스위치와 도광로(導光路)만으로 이루어진 간단한 구조로 광속으로 연산이 가능하다고 한다. 이것이 시현되면 그 성능은 기존의 CMOS 계산기에 비해 1000배나 빠른 고속화가 실현될 수 있다고 한다.
실리콘 포토닉스 분야에서는 이전부터 패시브광디바이스의 기술에 더해 발광, 젼조, 증폭 등 액티브 광디바이스로의 진전이 보여 주목을 받아 왔다. 특히 이번의 광스위치는 광컴퓨팅의 실현을 위한 바탕이 되는 중요한 성과가 되었다.
향후 이 연구그룹은 이 광스위치의 플로토 타입화를 수행하여 고속으로 광대역인 특징을 실증해 나가며, 광컴퓨팅의 응용연구를 추진해 나갈 계획이라고 한다.
( 원본 내용임.)
シリコンＣＭＯＳ技術応用、新原理光スイッチを開発http://tech.braina.com/2005/0809/it_20050809_001____.html東京大学大学院工学系研究科マテリアル工学専攻の和田一実教授らのグループは、シリコンＣＭＯＳ技術によって作製可能な新原理光スイッチの基本動作を確認することに成功した。同グループは、高濃度のキャリアが示すプラズマ反射に着目した新しい原理の光スイッチを考案。キャリアの蓄積層の有無によって光路が変化し、明確な光スイッチ機能が実現できることを示した。実際にスイッチングに必要な素子の長さは数ミクロンと非常に小さく、高速化に適しているという。 このようにシリコンをベースとする光デバイス・光集積回路技術は「シリコンフォトニクス」と呼ばれている。シリコン電子デバイスとの集積が可能、シリコン電子デバイスによって蓄積されてきた微細加工技術の活用が可能といった点が期待され、近年注目されている。和田氏らは特にシリコンＬＳＩの集積化に用いられるＣＭＯＳ技術を応用した「シリコンＣＭＯＳフォトニクス」を推進している。 今回開発した光スイッチは、プラズマ反射を用い、光の伝搬方向をスイッチするもので、二本のシリコン導波路が酸化膜を挟んで近接した構造を持っている。導光路に電流を流せるというシリコンの特長を活かし、導光路間に電圧を印加してシリコン・酸化膜界面にキャリアを蓄積しプラズマを形成する。この際、プラズマ周波数より低い周波数を持つ光は、界面で反射されることから、スイッチの帯域は極めて広いという特長を持っている。 この光スイッチの応用例として、卑近な例ではテラヘルツ動作の高速ルーターが期待されている。また今回の成果により、二分決定グラフ（ＢＤＤ）というデータ構造を用いた論理回路を用いることで、光コンピューティングが実現できる可能性が現実味を帯びてきた。 論理回路をプール代数で表現し、電子回路をＬＳＩとして製作する既存アーキテクチャーは現在、一チップ上のトランジスタ数が１０億を超え、金属配線は１０ｋｍにも及び、配線層は８段にも達している。このため、抵抗などによる速度性能の限界や、高電力消費による発熱による誤動作など金属配線などによる配線問題が取りざたされている。 これと全く異なる光コンピューティングアーキテクチャであるＢＤＤは、光スイッチと導光路のみからなる簡単な構造で、光速での演算が可能であるという。実現されれば、その性能は既存のＣＭＯＳ計算機に比べ１０００倍もの高速化を実現できるという。 シリコンフォトニクス分野では、以前からのパッシブ光デバイスの技術に加え、発光、変調、増幅などアクティブ光デバイスに向けた進展が見られ、注目されている。特に今回の光スイッチは、光コンピューティングの実現に向けた、その足がかりとなる重要な成果となった。 今後同グループでは、この光スイッチのプロトタイプ化を行い、高速で広帯域な特長を実証していく、そしてルーターさらに光コンピューティングへの応用研究を進めていく |
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