Chipverlichting werd ‘bij toeval’ ontdekt

Dat silicium toch als lichtbron kan fungeren, bleek tijdens het doen van zogeheten breakdownproeven. Daarbij wordt een hoge spanning gezet op een chip, waardoor de isolerende laag in een transistor doorslaat. Op die manier ontstaat een zogeheten antifuse, een brandgaatje dat kan fungeren als geheugencel en als lichtbron. Vooral die laatste functie wekte de belangstelling van de promovendus en zijn omgeving. Een lichtbron die direct op een chip is meegebakken kan heel goed dienen als actief element voor kleine sensoren. Bij een traditionele aanpak moet een chip worden voorzien van een externe lichtbron, die met veel moeite op het substraat bevestigd wordt. Het maken van een klein lampje op de chip zelf heeft voordelen, zoals een eenvoudigere productie en een eindresultaat dat veel en veel kleiner is. Ingebouwd Inmiddels is het nanolampje, zoals de lichtgevende schakeling is gedoopt, al ingebouwd in een analyseschakeling voor vloeistoffen. Het lampje zit aan de ene zijde van een dun buisje, waar een vloeistof doorheen kan stromen. Aan de tegenoverliggende zijde bevindt zich een fotodetector. Met deze detectieschakeling kunnen allerlei parameters van de doorstromende vloeistof worden gedetecteerd. De lichtbron werkt overigens in het infrarode gedeelte van het spectrum. Bij proeven bleek dat de schakeling binnen korte tijd kan detecteren wat voor soort vloeistof door het kanaaltje wordt geleid. In de chemische en medische sector is voor een dergelijke sensor een groot aantal toepassingen denkbaar. Op internationaal niveau wordt ook veel onderzoek gedaan naar ‘solid state lighting’. De nadruk ligt daarbij meer op communicatietoepassingen, bijvoorbeeld het aansturen van glasvezelkanalen of het ontvangen van gegevens die als een reeks lichtpulsen binnenkomen. Ook zijn er al optische chips gemaakt, waarbij schakelen en versterken van de signalen op geheel optische wijze plaatsvindt. De optische chips zijn allemaal te kenschetsen als hybride, met een duidelijke scheiding tussen het optische en het elektrische gedeelte. Op het grensvlak van die twee treden allerlei optische verliezen op, die geëlimineerd worden als de lichtbron zich op de chip zelf bevindt. De IC­industrie is er tot dusver in geslaagd de ‘wet van Moore’ over miniaturisatie van halfgeleiders, gestand te doen. "Wanneer gebruik kan worden gemaakt van optische technologie op de chips, dan ontstaat een mogelijkheid om daarmee steeds verder te gaan. Anders gezegd : silicium kan ook een belangrijke rol spelen als men tegen de fysieke beperkingen is aangelopen", aldus de promovendus in zijn proefschrift. Door een aantal verschillende technieken te combineren, kan het ‘lampje op nanoschaal’ universeler worden. Zo zou de cel gemaakt kunnen worden van poreus silicium. Door de grootte van de poriën te variëren kan de opgewekte kleur licht worden aangepast. LeMinh: "Dat effect treedt overigens pas op wanneer het aantal gaatjes in het silicium erg groot is. De poreusheid van het materiaal moet wel 70 tot 80 procent bedragen." In de Verenigde Staten zijn al proeven gedaan met poreuze Led’s. Die onderdeeltjes voldeden redelijk aan de eisen, alleen zijn ze nog erg moeilijk binnen de gestelde toleranties te maken. Nog een veelbelovende techniek maakt gebruik van een verbinding tussen ijzer en silicium. Dit ferrosilicide zorgt, toegevoegd aan een siliciumschakeling, voor een verhoogde lichtopbrengst. Een meer exotische aanpak gaat uit van het metaal Europium dat wordt gecombineerd met silicium en zuurstof. Het nadeel is de moeilijke winning van de grondstof. Het grote voordeel van de nanolampjes uit Enschede is de eenvoudige fabricage. Voor het maken van een lampje zijn maar twee maskergangen nodig.