纳米科学:集成激光器的硅芯片,来自纳米线的光!

时间:2019-01-08 11:24来源:快资讯作者:Jucy 点击:
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摘要:慕尼黑工业大学(TUM)的物理学家开发出了一种比人发更薄的纳米激光器。 由于巧妙的工艺,纳米线激光器可以在硅芯片上生长,从而可以经济高效地生产高性能光子元件。 这将为将来利用光进行快速有效的数据处理铺平道路, 更小,更快,更便宜 - 自计算机时代开始以来,处理器的性能平均每18个月翻一番。50年前,英特尔联合创始人戈登摩尔预测了这种惊人的业绩增长。而

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慕尼黑工业大学(TUM)的物理学家开发出了一种比人发更薄的纳米激光器。由于巧妙的工艺,纳米线激光器可以在硅芯片上生长,从而可以经济高效地生产高性能光子元件。这将为将来利用光进行快速有效的数据处理铺平道路,更小,更快,更便宜 - 自计算机时代开始以来,处理器的性能平均每18个月翻一番。50年前,英特尔联合创始人戈登·摩尔预测了这种惊人的业绩增长。而摩尔定律似乎也适用于今天,但是电子产品的小型化现在正在达到其物理极限。“今天,晶体管的尺寸仅为几纳米。进一步降低的成本非常高,”TUM沃尔特肖特基研究所所长Jonathan Finley教授说。“只有用光子取代电子,即光粒子,才能提高性能。

 
利用光进行数据传输和处理有可能打破当前电子设备的障碍。事实上,第一个基于的光子芯片已经存在。然而,用于传输数据的光源必须以复杂和精细的制造工艺附着在硅上。因此,世界各地的研究人员正在寻找替代方法。
 

 
慕尼黑工业大学的科学家们现在已经成功完成了这项工作:半导体量子纳米系统部的GregorKoblmüller博士与Jonathan Finley合作开发了一种将纳米激光器直接沉积在硅片上的工艺。该技术的专利正在申请中,在硅上生长III-V半导体需要顽强的实验。“这两种材料具有不同的晶格参数和不同的热膨胀系数。这会导致应变,”Koblmüller解释道。“例如,砷化镓常规平面生长到硅表面会导致大量缺陷,TUM团队以巧妙的方式解决了这个问题:通过沉积硅上独立的纳米线,它们的足迹仅为几平方纳米。因此,科学家们可以排除GaAs材料中出现的缺陷。


 
但是,如何将纳米线转变为垂直腔激光器?为了产生相干光,必须在光线的顶端和底端反射光子,从而放大光直到达到所需的激光阈值,为了满足这些条件,研究人员必须开发一种简单而复杂的解决方案:“砷化镓与硅之间的界面不能充分反射光。因此,我们在一个额外的镜子中构建了一个200纳米厚的氧化硅层,我们将其蒸发到硅片,“由Koblmüller和Finley领导的团队博士候选人Benedikt Mayer解释道。“然后可以将微小的孔蚀刻到镜面层中。使用外延,半导体纳米线可以从这些孔中生长出原子作为原子,只有当导线伸出镜面以外,它们才会横向生长 - 直到半导体足够厚以允许光子来回射出以允许受激发射和激光发射。“这个过程非常优雅,因为它允许我们将纳米线激光直接定位在硅芯片的波导上,”Koblmüller说。
 


 
目前,新的砷化镓纳米线激光器在预定波长和脉冲激发下产生红外光。“未来我们希望修改发射波长和其他激光参数,以更好地控制硅芯片内连续激发下的温度稳定性和光传播,”Finley补充说,该团队刚刚发布了这方面的第一次成功。他们将目光牢牢地放在下一个目标上:“我们希望创建一个电气接口,以便我们可以在电子注入下操作纳米线,而不是依靠外部激光器,”Koblmüller解释道,这项工作是未来计算机中高性能光学元件开发的重要前提,”Finley总结道。“我们能够证明制造带有集成纳米线激光器的硅芯片是可能的。
【光粒网综合报道】( 责任编辑:Jucy )
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