Los LED en chips nos darán una optoelectrónica más barata

Alberto Gimenez
Alberto Gimenez

El LED es uno de esos bloques de construcción fundamentales en la electrónica, algo en la papelera durante décadas. Pero mientras que un simple LED cuesta centavos, este WS2812 u otro dispositivo de lujo cuesta un poco porque internamente es un híbrido de un chip controlador de silicio y varios LED hechos de otros elementos semiconductores. Insertar un LED en el mismo chip que su controlador siguió siendo algo así como un Santo Grial, y ahora un equipo del MIT parece haberlo descompuesto al mostrar un dispositivo CMOS que integra un práctico LED de silicio. Puede que aún no esté listo para el mercado, pero ya muestra algunas propiedades interesantes, como una tasa de cambio muy rápida. Quizás lo más importante es que una mayor integración de lo que tradicionalmente han sido artículos discretos tendría un gran impacto en la reducción de los costos de fabricación.

Cualquiera que haya leído sobre la historia temprana de los LED sabrá que el camino desde los descubrimientos de la luz semiconductora a principios del siglo XX hasta los primeros dispositivos comerciales de la década de 1960 y los dispositivos multicolores brillantes ha sido ahora largo con muchas etapas. tecnología que llega al mercado. Por lo tanto, estos primeros LED de silicio experimentales producen luz en el espectro infrarrojo que a menudo es útil para producir sensores. Pronto veremos un Neopixel totalmente de silicio, pero podemos imaginar que algunos sensores que usan LED podrían insertarse en el mismo lanzador que un microcontrolador. Parece haber mucho potencial para esta invención.

Esta investigación fue presentada a principios de este mes en la Conferencia IEDM en una conferencia titulada LED CMOS de bajo voltaje, alto brillo. No pudimos encontrar un artículo publicado, nos encantaría leer más en profundidad, así que háganos saber en los comentarios a continuación si tiene alguna información sobre cuándo estará disponible. Mientras tanto, cualquier persona interesada en la tecnología LED debería leer sobre Oleg Losev, el inventor de los primeros LED prácticos.

  • Greg A. dice:

    Del artículo científico diario vinculado: “Los teléfonos inteligentes, por ejemplo, pueden usar un sensor de proximidad LED para determinar si está sosteniendo el teléfono junto a su cara … El LED envía un pulso de luz a su cara y un temporizador en el medidas del teléfono. ¿Cuánto tiempo tarda esa luz en reflejarse en el teléfono “

    ¿Es eso cierto? Siempre asumí que buscaba el brillo del reflejo (es decir, presente o no presente), no el tiempo de vuelo.

    Solía ​​tener una calculadora HP48 con un programa duro que usaba el hardware de la puerta en serie IR para emitir un pulso de luz IR e indicar si se había detectado el reflejo. Era un sensor de proximidad de corto alcance efectivo y un truco divertido también porque IIRC hizo clic como un contador Geiger.

    • eliminaciones dice:

      Eso depende. Los teléfonos de lujo más nuevos en realidad usan un sensor Time Flow con VCSEL (Apple, Samsung). La mayoría de los otros teléfonos utilizan el enfoque tradicional porque es más económico.

  • rnjacobs dice:

    noticias. mit. edu / 2020 / led-computer-chips-1214 es el comunicado de prensa oficial del MIT, y el artículo vinculado es básicamente una copia

    www. eenewseurope. com / news / first-cmos-led-chip-interconnect tiene un detalle un poco más interesante de los autores

    • Enero dice:

      gracias y por cierto: si agrega algunas líneas de texto a sus enlaces, la-tecnologia no eliminará su publicación. no es necesario hacer que los enlaces sean irrompibles agregando espacios 🙂

      • vacío en línea dice:

        Hacer:
        https://news.mit.edu/2020/led-computer-chips-1214
        y:
        https://www.eenewseurope.com/news/first-cmos-led-chip-interconnect
        hecho

      • Ulo dice:

        Eso es bastante exitoso. Aveces si aveces no.

  • Xeon dice:

    Aquí es donde trazo la línea.
    la gente sigue diciéndonos cuánto más baratos son los productos electrónicos y cómo los procesos se han vuelto más baratos … pero el precio de los productos terminados sigue aumentando.

    • Tú quieres dice:

      Parece que los productos electrónicos de consumo (como los teléfonos) suelen obtener un rendimiento mucho mejor con el tiempo con un precio ligeramente mayor, por lo que la relación rendimiento: precio sigue creciendo. Pero en algunos casos es más dramático: ¿ha mirado lo que puede obtener en una Raspberry Pi? ¿O el precio de la televisión económica? Supongo que sus especificaciones y precio representan una reducción de costos 10 veces mayor que hace unos 15 años.

      • J. Chef dice:

        De echo; Hace 15 años, debería haber usado algo como un montaje en rack de 4U y dispositivos de almacenamiento de valor 8U para reproducir mi plataforma Pi4 Plex barata y mi unidad USB de computadora portátil de 5 TB, que es menos del 1% de lo que costaba la plataforma anterior, y probablemente. 1% del uso de energía …

        • Xeon dice:

          ¿Con qué frecuencia necesita reemplazar un televisor?
          ¿Con qué frecuencia gpu o cpu?

          • CodeToad dice:

            Más a menudo que mi teléfono. Tiendo a mejorar mi computadora cada dos años y donar las partes más antiguas a amigos que querían construir computadoras pero no lo lograron. No me importa el costo creciente de los teléfonos celulares, que es parte de la razón por la que he estado usando el mismo durante cuatro años. De todos modos, no creo que ofrezcan una experiencia de usuario mejorada drásticamente.

      • elektrobob dice:

        Hay muchas cosas que encarecen los mejores teléfonos. Algunas que me vienen a la mente:
        cámaras mejoradas por el mismo precio, pero pusimos más cámaras en los teléfonos
        -el costo de un transistor no bajará durante unos años, por lo que la memoria y la potencia de procesamiento, que usa cada vez más transistores, se vuelven más costosos
        -Las pantallas eran baratas para el área, pero agrandadas, con ángulos doblados, orificios de cámara y sensores de huellas dactilares que cuestan más rápido.

        Como alguien que usa un teléfono Note principal debido a la función de lápiz y también teléfonos que cuestan mucho menos, puedo decir que las diferencias de uso realistas entre un teléfono de 200 y 1000 eur / usd son mínimas. La gran mayoría de las funciones son las mismas, la más barata solo tiene un rendimiento más bajo, lo que a menudo no importa.

    • jpa dice:

      ¿Qué producto electrónico era más caro en términos de valor real de compra? No puedo pensar en casi nada. Por supuesto, debido a la inflación, las cifras cambiarán de un año a otro.

      • Ren dice:

        ¿Es bueno el Acelerador de Hadrones?

        B ^)

      • RW versión 0.0.1 dice:

        Es posible que las piezas de computadora estén volviendo a los precios profesionales / entusiastas de los precios masivos del mercado que bajaron a fines de los 90, a través de las primeras computadoras de escritorio más nuevas. Aunque olvidamos que en 1984 probablemente podría obtener una ex-demo Yugo 1984 por el mismo precio que la nueva tarjeta adaptadora de gráficos profesionales de IBM. Creo que hoy son unos 10-12 tipos grandes que te conseguirían un trato similar, un modelo de stripper que antes era Mitsubishi Mirage o Chevy Spark o algo así.

    • RW versión 0.0.1 dice:

      Lo veo al revés, el precio de la electrónica cae constantemente, lo que estropea los cálculos de inflación para cosas que importan como la comida y la vivienda. No sé si a mucha gente le importa poder obtener las características de un iPhone de $ 1000 de 5 años en el modelo base de $ 150, cuando después de 5 años su factura de comestibles y los costos de vivienda crecieron un 50%, pero porque “La inflación siempre es baja” sus ingresos crecieron solo un 10%

      • jpa dice:

        Al observar cómo se calcula el IPC, la electrónica es una pequeña parte y se actualiza, por ejemplo, Tamaños de TV para seguir el progreso. Dudo que la evolución de los precios de la electrónica tenga un gran impacto en los valores de inflación.

        • RW versión 0.0.1 dice:

          Correcto, pero si siguen sustituyendo los alimentos, como “ahora no hay bistec porque es demasiado caro, solo carne molida normal”. Terminaremos con “El caso del Sr. Noodles es tan barato como cinco cenas asadas para la familia hace veinte años”.

  • Ren dice:

    ¿Otro paso más hacia los procesadores que funcionan a velocidades ópticas? Es decir. buses de dirección / datos de fibra óptica, ALU ópticas

  • nils dice:

    Neopixel totalmente de silicona no puede ser un problema, estoy bastante seguro, y el artículo vinculado no habla de eso. Intentaré explicar lo que sé sobre el motivo.
    El color de la luz que emite un LED depende de la banda, que viene definida por el material del cristal (silicio, germanio, …).

    Si alguien no lo sabe, los electrones de los semiconductores necesitan algo de energía extra para comenzar a conducir (a diferencia del metal, cuyos electrones externos siempre están en la “banda conductora”), como un voltaje aplicado a un diodo alrededor. Se emite un fotón cuando un electrón regresa a un estado de menor energía (para todos los materiales), lo que significa que un electrón que viene de la banda de conducción a la banda inferior (las bandas de valencia) liberará un fotón de exactamente la energía que separa la conducción. . banda y el primero más bajo (a excepción de los semiconductores de banda indirecta, donde es más bajo pero aún constante, más sobre eso más adelante).
    Esta diferencia de energía se llama bandgap, se mide en voltios y probablemente ya la conozca porque está muy relacionada con la caída de voltaje de un diodo (https://en.wikipedia.org/wiki/Band_gap#List_of_band_gaps).

    Esto significa que el silicio solo puede emitir en IR (excepto quizás diodos LÁSER, no estoy seguro), porque su interfaz de banda produce fotones en el IR.
    Los LED visibles generalmente están hechos de semiconductores de galio (los “semiconductores III-V” a los que se hace referencia en la publicación). Las tesis no son puras, sino una mezcla de galio y algo más (que se diferencia del dopaje, tienes un único cristal uniforme de una mezcla de materiales), como galio – arsénico, indio – galio – nitrato, etc.
    Lo bueno de estos es que puede variar la banda prohibida cambiando la proporción de cada material, por eso tenemos muchos colores de LED.
    El silicio también es un material de bandas indirectas, lo que significa que cuando un electrón salta a la banda de conducción, debe emitir “fonón” (calor pequeño) además del fotón para regresar a la banda inferior, a diferencia de un semiconductor a base de galio. utilizado para LED., que tienen una banda prohibida directa.
    No sé cuánto perjudica la eficiencia de los productos ligeros, pero lo hace y las publicaciones hablan de ello.

    Entonces, los LED direccionables (monocromáticos) con un solo sustrato (del que habla el artículo vinculado) suenan bien, pero Si seguirá siendo IR, InGaN azul (o alrededor), …

    Es posible cultivar semiconductores a base de galio en silicio (o germanio) (y por lo tanto crea las elegantes células solares multicapa 30% efectivas que a veces se encuentran en satélites), por lo que crear un “Neopixel de una sola pieza” podría ser posible de esta manera, pero no con Si puro (y no espero que pronto sea más barato que algunos enlaces por cable).

    Por otro lado, de qué trata el artículo, que puede crear LED con un proceso que también puede crear transistores, es bastante bueno.
    Los LED no se fabrican de la misma manera que los diodos regulares, porque desea aumentar la cantidad de electrones que regresan a la banda de barras (generando así fotones, esto se llama “recombinación”) en lugar de evitarlo. Entonces usa diodos PIN en lugar de diodos PN, se deshace un poco en el medio de la unión. La necesidad de esta broca antideslizante significa que no puede procesar todo el sustrato (agregar boro al silicio fundido) como lo hace con los chips CMOS. Incluso mezclar CMOS y tecnologías de ensamblaje es extraño y poco común, eso es un paso más allá.

    • Greg A. dice:

      Buena atrapada.

      Agregaría una pequeña trivia que creo que podría ser posible aún así, solo con silicio. Encontré esta frase, “punto cuántico”. Lo que no entiendo es obviamente mucho más grande que lo que hago, pero tengo la idea de que el color efectivo de un punto cuántico depende de su tamaño mecánico, no solo de los elementos que lo componen. No sé cómo funcionaría, pero creo que la gente ha tenido un éxito asombroso al utilizar la geometría en lugar de la composición para cambiar la frecuencia de transmisión.

      ¿10 años? ¿50 años? * encogerse de hombros *

      • nils dice:

        Un punto cuántico, como el fósforo normal utilizado en los LED blancos (que son los LED azules a continuación), solo puede aumentar la longitud de onda (disminuir la energía de los fotones).
        Básicamente absorben un fotón y dan dos. El (único?) Interés de los puntos cuánticos es que no es necesario reinventar un nuevo fósforo para cada color (y creo que son lo suficientemente efectivos) porque “solo” tiene que cambiar su tamaño. De lo contrario, funciona como fósforo.
        Puedes hacer una conversión ascendente, tú. Hay cristales llamados cristales no lineales que pueden absorber un fotón y mantener el electrón en el estado energizado el tiempo suficiente para que capture otro fotón y luego emita la suma de ambos fotones al mismo tiempo. Se utiliza en láseres verdes, generalmente son láseres IR con un cristal no lineal en la parte superior que agrega dos fotones IR a uno verde. No es muy eficaz, creo.
        El caso es, de todos modos, que los LED producen fotones a la energía de sus bandas. Puede hacer cosas con la luz más tarde, pero es lo mismo para cualquier fuente de luz y generalmente disminuye la eficiencia.

    • RW versión 0.0.1 dice:

      Aunque otra cosa para recordar es que una mera área de oblea de silicio purificada es bastante económica. Por lo tanto, no tendrá una pantalla LED de una pulgada en diagonal sobre silicio a un precio igual al de otras pantallas de 1 ″ … probablemente sea un sustrato de $ 100.

      • nils dice:

        En realidad, las obleas no son caras (puede comprar algunas en eBay por $ 40 un paquete de 25 si lo desea), solo que paga por oblea y cuanto más grande sea su chip, menos chips puede poner en cada uno, así que básicamente el precio de su chip depende de su superficie (si ignora el gran costo inicial de crear las máscaras fotorresistentes).
        Además, existen pantallas basadas en silicio (con la misma área de silicio que el área de la pantalla), pero la luz debe provenir de alguna otra fuente (como 3 cueros), se llaman pantalla LCOS y fueron utilizadas por un tiburón gordo para su FPV. Gogs por un tiempo y con unos pequeños proyectores de video. No son tan caros.
        Lo que haría que la pantalla fuera muy cara sería intentar colocar semiconductores a base de indio en el sustrato de silicio para generar cada color directamente (especialmente porque necesitaría una mitad diferente para cada color, como se indicó anteriormente, lo que significa 4 capas de semiconductores) . Es un problema, pero es muy especializado y “más moderno” (los rendimientos probablemente sean muy bajos), por lo que las células solares multicapa son tan caras ($ 2,000 por menos de 10 × 10 cm de celda: https: //www.endurosat .com / cubesat-store / cubesat-solar-paneles / 1u-solar-panel-xy / # modificaciones).
        Apilar morteros y soldarlos o cablearlos también es algo (comercial y no demasiado costoso), crecen hermosos cristales uniformes uno encima del otro, lo que sería costoso.
        Es por eso que los paneles solares que no son de cristal tampoco son tan caros, es solo un diodo grande, por lo que no se necesita máscara y la oblea de silicio en sí es bastante barata.

  • neimado dice:

    Deja de llamarlos “neopixels”. “Neopixel” es una marca de una empresa que cotiza. Si compra sus “neopixels”, paga hasta 5 veces lo que cuesta exactamente lo mismo de muchos otros proveedores.

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