（文章來源：教育新聞網）

數十年來，硅發光一直是微電子行業的“圣杯”。解決這一難題將徹底改變計算，因為芯片將比以往更快。埃因霍溫科技大學的研究人員現已成功：他們開發了一種可以發光的硅合金。該結果已發表在《自然》雜志上。該團隊現在將開始創建可集成到當前芯片中的硅激光器。

每年我們使用并產生大量數據。但是我們目前基于電子芯片的技術正在達到極限。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遇到的電阻而產生的。如果我們希望每年繼續傳輸越來越多的數據，則需要一種不會產生熱量的新技術。引入光子學，它使用光子(光粒子)來傳輸數據。

與電子相反，光子沒有電阻。由于它們沒有質量或電荷，因此它們在經過的材料中的散射較少，因此不會產生熱量。因此將減少能量消耗。此外，通過用光通信代替芯片內的電通信，可以將芯片上和芯片間通信的速度提高1000倍。數據中心將受益最大，因為數據中心的數據傳輸速度更快且能耗更低冷卻系統。但是這些光子芯片也將帶來新的應用范圍。想想用于自動駕駛汽車的激光雷達和用于醫學診斷或測量空氣和食品質量的化學傳感器。

要使用芯片中的光，您將需要一個光源。集成激光器。計算機芯片制成的主要半導體材料是硅。但是體硅的發光效率極低，因此長期以來人們一直認為硅在光子學中不起作用。因此，科學家轉向了更復雜的半導體，例如砷化鎵和磷化銦。它們具有良好的發光性能，但比硅更昂貴，并且難以集成到現有的硅微芯片中。

為了制造與硅兼容的激光器，科學家需要生產一種可以發光的硅。正是這正是埃因霍溫科技大學(TU / e)的研究人員成功完成的。他們與耶拿大學，林茨大學和慕尼黑大學的研究人員一起，將硅和鍺結合成能夠發光的六邊形結構。經過50年的努力，取得了突破。

TU / e的首席研究員Erik Bakkers說：“關鍵在于所謂的半導體帶隙。“如果電子從導帶下降到價帶，則半導體會發出光子：光。”但是，如果導帶和價帶相對于彼此發生位移(稱為間接帶隙)，則不會發射光子-硅中就是這種情況。“有50年歷史的理論表明，與鍺合金化的六邊形結構硅確實具有直接的帶隙，因此有可能發光。” Bakkers說。

然而，將硅成形為六邊形結構并不容易。當Bakkers和他的團隊掌握了生長納米線的技術時，他們能夠在2015年制造六角形硅。他們通過首先生長由另一種材料制成的具有六角形晶體結構的納米線，實現了純六角形硅。然后他們在此模板上生長了硅鍺殼。《自然》雜志的第一作者艾勒姆·法達利(Elham Fadaly)：“我們能夠做到這一點，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構生長。”

但是直到現在，它們還不能使它們發光。Bakkers團隊設法通過減少雜質和晶體缺陷的數量來提高六角形硅鍺殼的質量。當用激光激發納米線時，他們可以測量新材料的效率。阿蘭·迪克斯特拉(Alain Dijkstra)也是該論文的第一作者，并負責測量光發射：“我們的實驗表明，該材料具有正確的結構，并且沒有缺陷。它可以非常有效地發光。”

Bakkers認為，現在制造激光是一個時間問題。“到目前為止，我們已經實現了幾乎可以與磷化銦和砷化鎵媲美的光學性能，并且材料質量正在急劇提高。如果運行順利，我們可以在2020年制造出硅基激光器。主導的電子平臺具有光學功能，這將打破片上光通信和基于光譜學的價格合理的化學傳感器的廣闊前景。”

同時，他的團隊還在研究如何將六方硅集成到立方硅微電子學中，這是這項工作的重要前提。該研究項目由歐盟項目SiLAS資助，由TU / e教授Jos Haverkort協調。
（責任編輯：fqj）