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下世代積體光路突破!台美團隊研發「太陽能材料雷射」登國際期刊

2021/03/09 16:51

雷射光纖於不同鈣鈦礦材料塗佈下多彩顯示。(科技部提供)

〔記者楊綿傑/台北報導〕下世代積體光路研究突破!台美研究團隊將太陽能材料、雷射與半導體積體電路(IC)整合,成為更輕薄、節能、平價製作成本及可規模化量產塗佈製程的雷射元件,不僅在為能源材料與半導體IC整合取得先機,也登上今年2月國際頂尖學術期刊《先進材料》(Advanced Materials)。

該跨國研究團隊由我國東華大學物理系暨光電系教授賴建智領銜主導,與東華大學物理系教授馬遠榮、海洋大學光電系教授羅家堯,以及美國洛杉磯加大(UCLA)電機系教授劉佳明組成,在科技部計畫支持下,歷經2年研究,成功找到關鍵技術。

台美研究團隊在科技部計畫支持下,將太陽能材料、雷射與半導體積體電路(IC)整合,成為更輕薄、節能、平價製作成本及可規模化量產塗佈製程的雷射元件,登上今年2月國際頂尖學術期刊《先進材料》(Advanced Materials)。(科技部提供)

能源與積體電路產業日新月異,新興太陽能源材料鈣鈦礦與光纖元件,在綠能與積體光學晶片分別扮演關鍵角色。由於節能與微小化趨勢,鈣鈦礦與光纖平台的整合,被視為下世代全光化積體電路之重要目標。

賴建智表示,現有鈣鈦礦雷射散熱不佳,只能在低溫環境操作,且必須仰賴昂貴脈衝雷射驅動,也代表著體積較大與高維護成本,大大增加與IC平台整合的困難。而團隊新開發雷射元件不僅可在室溫進行,也更輕薄、節能、製作成本平價及可規模化量產,未來有機會大幅降低積體光學晶片的複雜度跟門檻。

賴建智解釋,團隊將奈米級鈣鈦礦披覆於具原子級平整度,比頭髮更細之高品質單晶光纖上,再搭配奈米尺度檢測,解開單晶光纖本身高導熱係數與兼具微型共振腔等特性,大幅縮小雷射體積,有效融合光纖波導的光學特性和鈣鈦礦材料的增益特性。亦即將光纖浸泡入鈣鈦礦溶液,取出烤一烤就成為發光材料。

科技部認為,這項技術不僅彰顯台灣雷射技術領先全球,亦可滿足下世代全光化積體電路更小、更節能之必要需求,為能源材料與半導體IC整合取得先機,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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