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意法半導研究團隊推出高效半導體激光器

儀表研發 2020年04月20日 08:42:35 來源:傳感器專家網人氣:18018
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  【儀表網 儀表研發】長期以來,研究人員一直在尋找一種將激光直接集成到硅芯片中的方法,這樣的話以電子方式工作的晶體管可以利用光更快地傳輸數據。現在,來自法國福鐘森特魯姆的研究人員與巴黎納米科學與技術中心(C2N)、法國意法半導體公司以及CEA-LETI Grenoble的團隊共同開發了一種由鍺和錫制成的兼容半導體激光器,其效率可與硅上的傳統GaAs半導體激光器相媲美。
 
生產用于CMOS生產過程中的高濃度鍺錫化合物
 
  與目前的電子流程相比,光學數據傳輸可實現更高的數據速率和范圍,使用的能源也更少,因此當前數據中心多會默認使用光纖。未來,由于對芯片間數據傳輸的要求不斷提高,對短距離光學解決方案的需求將不斷增長,其中大量數據必須在一個大型網絡中傳輸,以便用于訓練算法,這更適用于新興技術領域,如人工智能(AI)系統。
 
  研究人員解釋說:“缺少的最關鍵的組件是便宜的激光器,這是實現高數據速率所必需的。與基于硅的CMOS技術兼容的電泵激光器將是理想的,這樣的激光器然后可以在芯片制造過程中簡單地成型,因為整個芯片的生產最終都基于這項技術。然而,純硅是一種間接半導體,不適合用作激光材料。目前,不同的材料被用于制造激光-III-V復合半導體,只是它們的晶格結構與硅完全不同,硅是一種第四類元素,激光組件目前是外部制造的,必須隨后集成,這使得這項技術非常昂貴。”
 
  與此相反,研究人員新研發的新型鍺錫基激光器可以在CMOS生產過程中制造,和硅一樣,它也是基于兩個四組元素。不過高錫含量會降低激光效率,因此在12-14%錫含量下,需要在約100-300千瓦/平方厘米的相對較高的泵浦功率,因此,研究小組試圖降低錫的濃度,并通過對材料施加額外的應力來補償這一點,從而提高光學性能。
 
  同時,對于這種新型激光器,研究人員將錫含量降低到5%左右,這使得抽運功率降低到0.8kw/cm~2,產生的廢熱很小,可以作為連續波激光器工作。這些數值表明,鍺錫激光器在技術上是可行的,其效率與硅上生長的傳統III-V半導體激光器相當,這也使其更接近于在室溫下工作的工業用電泵激光器。未來這種新型鍺錫基激光器潛在應用范圍可從紅外和夜視系統到環境監測的氣體傳感器。
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