台跨國團隊關鍵大突破! 雷射元件更小更節能

更新時間: 2021/03/09 14:48
台灣學者為主跨國團隊,成功將太陽能材料、雷射與半導體積體電路(IC)整合,成為更輕薄、節能、平價製作成本及可規模化量產塗佈製程的雷射元件,可滿足下世代全光化積體電路更小、更節能趨勢。許敏溶攝
圖片來源 : 蘋果新聞網

近年鈣鈦礦為新興太陽能源材料,但鈣鈦礦與光纖平台的整合,被視為下世代全光化積體電路重要目標,由國內外學者組成台灣跨國團隊,歷經兩年研究,成功將太陽能材料、雷射與半導體積體電路(IC)整合,成為更輕薄、節能、平價製作成本,以及可規模化量產塗佈製程的雷射元件,可滿足下世代全光化積體電路更小、更節能趨勢,也有加速未來積體光學晶片的發展與應用的極大潛力。

台灣半導體及晶片設計位在全球產業界領先地位,主要利用矽製造先進積體奈米電路製程,但矽材料面臨尺寸與電路傳輸速度極限,現在各國莫不投入矽光子學研究,希望把技術從「用電控制電」改為「用光控制光」,而所謂積體光路,就是用光來傳遞訊號的技術,比現有積體電路以電來傳遞訊號更快。

在科技部支持,東華大學物理系暨光電系副教授賴建智主導下,與海洋大學、洛杉磯加大(UCLA)電機系教授劉佳明合組跨領域研究團隊,成功找到關鍵技術,將太陽能材料、雷射與半導體積體電路整合成更輕薄、節能、平價製作成本及可規模化量產塗佈製程的雷射元件,傑出研究成果獲刊登在2月的國際頂尖學術期刊之一的《先進材料》(Advanced Materials)。

賴建智分析,目前全球積體電路製作已邁入數個奈米以下之微小製程,實現低能耗與微型化光纖雷射勢在必行,但多數鈣鈦礦雷射因天生散熱性較差,只能在低溫下運作,無法相容在室溫下操作的全光化積體電路,而且多數鈣鈦礦雷射仰賴昂貴脈衝雷射驅動,相較於微型光纖元件,脈衝雷射驅動代表大體積與高維護成本,在和IC平台整合上困難度大增。

賴建智表示,研究團隊將奈米級鈣鈦礦,披覆在具有原子級平整度的高品質單晶光纖上,而單晶光纖直徑則比人類頭髮更細,搭配奈米尺度檢測,解開單晶光纖本身高導熱係數與兼具微型共振腔等特性,簡單說,就是「把光纖泡到鈣鈦礦溶液裡面,拿出來烤一烤就可形成發光材料」,同時大幅縮小雷射體積,有效融合光纖波導的光學特性和鈣鈦礦材料的增益特性,成為更輕薄、節能、平價及可規模化量產的雷射元件。

賴建智強調,這是比較基礎科學的研究,但也彰顯出台灣在雷射技術領先全球,也可滿足下世代全光化積體電路更小、更節能的必要需求,為能源材料與半導體IC整合取得先機,有極大潛力加速未來「積體光學」晶片的發展與應用。(許敏溶/台北報導)

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