（文章來源：教育新聞網(wǎng)）

數(shù)十年來，硅發(fā)光一直是微電子行業(yè)的“圣杯”。解決這一難題將徹底改變計(jì)算，因?yàn)樾酒瑢⒈纫酝?。埃因霍溫科技大學(xué)的研究人員現(xiàn)已成功：他們開發(fā)了一種可以發(fā)光的硅合金。該結(jié)果已發(fā)表在《自然》雜志上。該團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在將開始創(chuàng)建可集成到當(dāng)前芯片中的硅激光器。

每年我們使用并產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)。但是我們目前基于電子芯片的技術(shù)正在達(dá)到極限。限制因素是熱量，這是由于電子穿過連接芯片上許多晶體管的銅線時(shí)遇到的電阻而產(chǎn)生的。如果我們希望每年繼續(xù)傳輸越來越多的數(shù)據(jù)，則需要一種不會(huì)產(chǎn)生熱量的新技術(shù)。引入光子學(xué)，它使用光子(光粒子)來傳輸數(shù)據(jù)。

與電子相反，光子沒有電阻。由于它們沒有質(zhì)量或電荷，因此它們?cè)诮?jīng)過的材料中的散射較少，因此不會(huì)產(chǎn)生熱量。因此將減少能量消耗。此外，通過用光通信代替芯片內(nèi)的電通信，可以將芯片上和芯片間通信的速度提高1000倍。數(shù)據(jù)中心將受益最大，因?yàn)閿?shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)傳輸速度更快且能耗更低冷卻系統(tǒng)。但是這些光子芯片也將帶來新的應(yīng)用范圍。想想用于自動(dòng)駕駛汽車的激光雷達(dá)和用于醫(yī)學(xué)診斷或測(cè)量空氣和食品質(zhì)量的化學(xué)傳感器。

要使用芯片中的光，您將需要一個(gè)光源。集成激光器。計(jì)算機(jī)芯片制成的主要半導(dǎo)體材料是硅。但是體硅的發(fā)光效率極低，因此長(zhǎng)期以來人們一直認(rèn)為硅在光子學(xué)中不起作用。因此，科學(xué)家轉(zhuǎn)向了更復(fù)雜的半導(dǎo)體，例如砷化鎵和磷化銦。它們具有良好的發(fā)光性能，但比硅更昂貴，并且難以集成到現(xiàn)有的硅微芯片中。

為了制造與硅兼容的激光器，科學(xué)家需要生產(chǎn)一種可以發(fā)光的硅。正是這正是埃因霍溫科技大學(xué)(TU / e)的研究人員成功完成的。他們與耶拿大學(xué)，林茨大學(xué)和慕尼黑大學(xué)的研究人員一起，將硅和鍺結(jié)合成能夠發(fā)光的六邊形結(jié)構(gòu)。經(jīng)過50年的努力，取得了突破。

TU / e的首席研究員Erik Bakkers說：“關(guān)鍵在于所謂的半導(dǎo)體帶隙。“如果電子從導(dǎo)帶下降到價(jià)帶，則半導(dǎo)體會(huì)發(fā)出光子：光?！钡?，如果導(dǎo)帶和價(jià)帶相對(duì)于彼此發(fā)生位移(稱為間接帶隙)，則不會(huì)發(fā)射光子-硅中就是這種情況?！坝?0年歷史的理論表明，與鍺合金化的六邊形結(jié)構(gòu)硅確實(shí)具有直接的帶隙，因此有可能發(fā)光。” Bakkers說。

然而，將硅成形為六邊形結(jié)構(gòu)并不容易。當(dāng)Bakkers和他的團(tuán)隊(duì)掌握了生長(zhǎng)納米線的技術(shù)時(shí)，他們能夠在2015年制造六角形硅。他們通過首先生長(zhǎng)由另一種材料制成的具有六角形晶體結(jié)構(gòu)的納米線，實(shí)現(xiàn)了純六角形硅。然后他們?cè)诖四０迳仙L(zhǎng)了硅鍺殼?！蹲匀弧冯s志的第一作者艾勒姆·法達(dá)利(Elham Fadaly)：“我們能夠做到這一點(diǎn)，使得硅原子建立在六邊形模板上，從而迫使硅原子以六邊形結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)?！?/p>

但是直到現(xiàn)在，它們還不能使它們發(fā)光。Bakkers團(tuán)隊(duì)設(shè)法通過減少雜質(zhì)和晶體缺陷的數(shù)量來提高六角形硅鍺殼的質(zhì)量。當(dāng)用激光激發(fā)納米線時(shí)，他們可以測(cè)量新材料的效率。阿蘭·迪克斯特拉(Alain Dijkstra)也是該論文的第一作者，并負(fù)責(zé)測(cè)量光發(fā)射：“我們的實(shí)驗(yàn)表明，該材料具有正確的結(jié)構(gòu)，并且沒有缺陷。它可以非常有效地發(fā)光?！?/p>

Bakkers認(rèn)為，現(xiàn)在制造激光是一個(gè)時(shí)間問題。“到目前為止，我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了幾乎可以與磷化銦和砷化鎵媲美的光學(xué)性能，并且材料質(zhì)量正在急劇提高。如果運(yùn)行順利，我們可以在2020年制造出硅基激光器。主導(dǎo)的電子平臺(tái)具有光學(xué)功能，這將打破片上光通信和基于光譜學(xué)的價(jià)格合理的化學(xué)傳感器的廣闊前景。”

同時(shí)，他的團(tuán)隊(duì)還在研究如何將六方硅集成到立方硅微電子學(xué)中，這是這項(xiàng)工作的重要前提。該研究項(xiàng)目由歐盟項(xiàng)目SiLAS資助，由TU / e教授Jos Haverkort協(xié)調(diào)。
（責(zé)任編輯：fqj）