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意法半导研究团队推出高效半导体激光器

仪表研发 2020年04月20日 08:42:35 来源:传感器专家网人气:6070
  【仪表网 仪表研发】长期以来,研究人员一直在寻找一种将激光直接集成到硅芯片中的方法,这样的话以电子方式工作的晶体管可以利用光更快地传输数据。现在,来自法国福钟森特鲁姆的研究人员与巴黎纳米科学与技术中心(C2N)、法国意法半导体公司以及CEA-LETI Grenoble的团队共同开发了一种由锗和锡制成的兼容半导体激光器,其效率可与硅上的传统GaAs半导体激光器相媲美。
 
生产用于CMOS生产过程中的高浓度锗锡化合物
 
  与目前的电子流程相比,光学数据传输可实现更高的数据速率和范围,使用的能源也更少,因此当前数据中心多会默认使用光纤。未来,由于对芯片间数据传输的要求不断提高,对短距离光学解决方案的需求将不断增长,其中大量数据必须在一个大型网络中传输,以便用于训练算法,这更适用于新兴技术领域,如人工智能(AI)系统。
 
  研究人员解释说:“缺少的最关键的组件是便宜的激光器,这是实现高数据速率所必需的。与基于硅的CMOS技术兼容的电泵激光器将是理想的,这样的激光器然后可以在芯片制造过程中简单地成型,因为整个芯片的生产最终都基于这项技术。然而,纯硅是一种间接半导体,不适合用作激光材料。目前,不同的材料被用于制造激光-III-V复合半导体,只是它们的晶格结构与硅完全不同,硅是一种第四类元素,激光组件目前是外部制造的,必须随后集成,这使得这项技术非常昂贵。”
 
  与此相反,研究人员新研发的新型锗锡基激光器可以在CMOS生产过程中制造,和硅一样,它也是基于两个四组元素。不过高锡含量会降低激光效率,因此在12-14%锡含量下,需要在约100-300千瓦/平方厘米的相对较高的泵浦功率,因此,研究小组试图降低锡的浓度,并通过对材料施加额外的应力来补偿这一点,从而提高光学性能。
 
  同时,对于这种新型激光器,研究人员将锡含量降低到5%左右,这使得抽运功率降低到0.8kw/cm~2,产生的废热很小,可以作为连续波激光器工作。这些数值表明,锗锡激光器在技术上是可行的,其效率与硅上生长的传统III-V半导体激光器相当,这也使其更接近于在室温下工作的工业用电泵激光器。未来这种新型锗锡基激光器潜在应用范围可从红外和夜视系统到环境监测的气体传感器
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