光子晶片破關 新片上光源製程照亮前景
編譯/高晟鈞
TMOS(ARC 變革元光學系統卓越中心)的研究人員開發了一種新的片上雷射光源製程方法,有望成為光子晶片進一步小型化的關鍵。
光子晶片小型化面臨瓶頸
我們都知道,光在資料的傳輸速度與效率方面都遠勝電子此外,由於沒有磁化的問題,再加上能進行複數運算,這也使得光子晶片產業在過去十年蓬勃發展。光子晶片,又稱光子積體電路,已經可以在許多自動駕駛汽車、生物感測器或手機等設備中找到。
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雖然大家都知道光子晶片的優勢,那麼為何現在的光子晶片發展困難?這是因為,目前的光子晶片仍舊建立在矽晶片的基礎上,以現在的設計來說,光子訊號無法自行演算,只能作為數據傳輸用,因此必須結合電子晶片,配合0與1的二進位演算。然而,當電子晶片要朝向1奈米前進時,因為彼此線路過近,會產生量子穿隧效應,漏電與良率都是大問題。此外,大多光子晶片缺少片上光源,阻礙了晶片與支援設備進一步小型化的腳步。
片上光源製程
現在的光子晶片大多使用磷化銦、砷化銦作為材料,磷和砷能產生光訊號,而銦則能與矽結合做出半導體。接著透過在基板上沉積出一種限制一維載流子的奈米薄層「奈米阱」,藉由將電子的運動狀態,控制在一個很小的區域,來實現對電子的精確控制。
根據阱的形狀和大小,量子阱可以分為量子點、量子線和量子阱三種。研究團隊透過一種創新的多步驟蝕刻製程,來精確生長具有高品質和均勻型態的量子阱奈米線。接著,透過調製奈米線中量子阱的成分與厚度,研究團隊成功將奈米線的雷射波長,調整至近紅外線電信波段,實現寬光譜範圍的覆蓋。
這項研究克服了傳統方法在製造片上集成光源的一系列障礙,使得奈米級雷射光源的批量製造成為可能,為大規模光子產業的商業化製造奠定了基礎。
資料來源:TechXplore
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