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    研發人員實現技術突破,開發出一種新型激光器

    來源:激光天地 發布時間:2020-04-07

    計算機芯片中的晶體管是電力性工作元件。如果能為計算機芯片插上“光學傳輸”的翅膀,數據傳輸的速度將大大提升。因此,研究人員一直致力于尋找將激光直接集成到硅芯片中的方法。據《自然·光子學》雜志近日報道,法國巴黎納米科學與技術中心(C2N)、意法半導體公司(STME)和格勒諾布爾公司(CLG)等向著這一目標前進了一步。他們開發了一種可兼容的鍺-錫半導體激光器,其效率可與傳統砷化鎵半導體激光器相媲美。

    氮化硅和鋁構成的“應力層”上涂覆有幾微米厚的鍺-錫層。在氮化硅晶格的定向作用下,研究人員可以獲得光學放大效果。

    光學數據傳輸的數據速率和傳輸范圍均優于電子處理模式,并且能耗更低。在未來,光學解決方案將更多地應用于板-板和芯片-芯片級短距離數據傳輸。其中,人工智能系統因為需要錄入大量數據訓練算法,將由此受益匪淺。

    研發人員實現技術突破,開發出一種新型激光器

    FSJ研究人員Detlev Grützmacher教授解釋說:“目前,廉價激光器是我們缺乏的最關鍵組件。能夠與硅基CMOS技術兼容的電泵激光器將是理想的選擇。然而,純硅是一種‘間接半導體’,不適合作為激光材料。為此,研究人員一般會選擇III-V族化合物復合半導體為替代品,然而它們的晶格結構與硅完全不同。因此,激光元件只能先在外部制造,然后再進行集成。這樣的處理方式導致了成本的激增。”

    相比之下,鍺-錫激光器可以直接在CMOS生產過程中制造。早在2015年,FSJ的研究人員就證實過,鍺-錫系統可以實現激光發射,而且錫含量是影響激光器性能的決定性因素。FSJ研究人員Dan Buca博士說:“從本質上講,純鍺是一種與硅類似的間接半導體。錫使其轉變為制造激光源的直接半導體。”

    FSJ開發的外延生長工藝技術已經被全球多個研究小組所采用。通過進一步提高錫含量,激光器已經能夠在0℃下工作。然而,錫含量過高又會降低激光效率。

    研究人員Nils von den Driesch說:“為了使激光器具有相對較高的泵浦功率,我們以增加材料應力的方式彌補了錫含量降低導致的性能損失。”通過優化錫含量和泵浦功率,激光器產生的余熱非常少,成為第一款既能在脈沖狀態下工作,又能在連續工作狀態下運轉的IV族半導體激光器。

    除用于光學數據傳輸外,新型激光器還在紅外技術、夜視系統和氣體傳感器等方面有潛在應用價值。


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