全球首創!學者找到極低耗能關鍵技術 一舉突破積體光路瓶頸

  • 時間:2021-03-09 11:54
  • 新聞引據:採訪
  • 撰稿編輯:楊文君
東華大學教授歷經兩年研究,將太陽能材料、雷射與半導體積體電路(IC)整合,製作出比頭髮還細、節能、平價且可規模化量產的雷射元件。(楊文君攝)

全球積體電路製作已邁入數個奈米以下的微小製程,甚至邁入積體「光」路,低能耗與微型化光纖雷射勢在必行。科技部今天(9日)指出,東華大學教授歷經兩年研究,將太陽能材料、雷射與半導體積體電路(IC)整合,製作出更輕薄、節能、平價且可規模化量產的雷射元件,相關成果於2月登上國際頂尖學術期刊《先進材料》(Advanced Materials)。

積體電路發展日新月異,朝向積體「光」路邁進,其中,新興太陽能源材料「鈣鈦礦」,在積體光學晶片扮演關鍵角色。不過,多數鈣鈦礦雷射因天生散熱性較差,僅能於低溫運作,不夠節能;再者,多數鈣鈦礦雷射仰賴昂貴脈衝雷射驅動,體積大與維護成本高,在與IC平台整合上,困難度大增。

在科技部計畫的支持下,國立東華大學物理系暨光電系教授賴建智及馬遠榮、海洋大學光電系教授羅家堯以及洛杉磯加大(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。


在科技部計畫的支持下,國立東華大學物理系暨光電系教授賴建智及馬遠榮、海洋大學光電系教授羅家堯等人,找到極低耗能關鍵技術,一舉突破積體光路瓶頸。(楊文君攝)

他們將奈米級鈣鈦礦披覆於具原子級平整度高品質單晶光纖上,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,並大幅縮小雷射體積至比人類頭髮直徑更細小的單晶光纖上,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。在室溫下實現極低能耗太陽能材料雷射,一舉突破科學界多年來所侷限瓶頸,為全球首創。賴建智說:『(原音)就簡單製程,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,這個不用用到很昂貴的半導體製程設備。』

科技部自然科學及永續研究發展司司長羅夢凡指出,在未來跨領域的應用上,還可透過改變鈣鈦礦材料的成份,進一步得到多波長輸出的光纖雷射,這將大幅降低製備積體光學晶片的複雜度與門檻。此研究不僅彰顯台灣雷射技術領先全球,也可滿足下世代全光化積體電路更小、更節能趨勢,將有極大潛力加速未來積體光學晶片的發展與應用。

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