2011年6月7日 星期二

美科學家宣佈奈米級矽波導技術研究成果

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美國能源部旗下的勞倫斯柏克萊國家實驗室(Lawrence Berkeley National Laboratory)近日宣佈研發出全球首創的,可實現晶片上光通訊的「真正奈米級」矽波導(silicon waveguide)。
勞倫斯柏克萊實驗室藉由新研發的一種稱為「混合電漿極化子(hybrid plasmon polariton,HPP)」的準粒子(quasi-particle),解除了前人嘗試開發矽光子元件的新運作模式、以最佳化光子與電漿系統之路途上所遭遇的光學損失(optical losses)障礙。

該實驗室採用的方法,結合了高量子侷限(quantum confinement)與低訊耗損失,也為實現奈米等級的晶片上雷射(on-chip lasers)、量子運算以及單光子全光學開關(single-photon all-optical switches)等技術開啟一扇門。

創造以上研究成果的,是勞倫斯柏克萊實驗室材料科學部門研究員暨美國加州大學柏克萊分校的奈米科學與工程中心總監Xiang Zhang;共同參與的還包括博士候選人Volker Sorger與Ziliang Ye。他們表示,HPP將為支援晶片內光通訊、訊號調變,以及晶片上雷射、生物醫療感測等應用的奈米級波導,開啟一個新時代。

被稱為表面電漿極化子(surface plasmon polaritons,SPPs)的準粒子,是已知可用在將光波導向橫跨金屬表面,以產生表面電子波──也就是電漿子(plasmons)──然後能與光子產生交互作用。但遺憾的是,SPP在傳導通過金屬時,會遭遇嚴重的訊號損失。

柏克萊實驗室的研究人員解決以上問題的方法,是在金屬與光波導半導體元件之間,添加了一層低介電質(low-k dielectric)層,形成一種金屬氧化物半導體架構,能將導入的光波重分配(redistributes)到光學損失較少的低介電間隙中。

採用上述方法所產出的HPP,能以更自由的方式進行傳導,讓工程師能以標準CMOS晶片打造出光學特性媲美罕見三五族半導體化合物的奈米級波導;研究人員估計,這種新技術在2~5年內就可推向商業市場。

編譯:Judith Cheng

(參考原文: Nanoscale waveguide boosts silicon photonics,by R. Colin Johnson)


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