雷射光纖於不同鈣鈦礦材料塗佈下多彩顯示。(首圖來源:科技部)

(本文經合作夥伴 中央社 授權轉載,並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題,原文標題為 〈台灣團隊太陽能材料雷射登國際期刊 積體光路領域突破 〉。)

【為什麼我們要挑選這篇文章】能源與積體電路產業日新月異,目前全球 IC 製作已邁入數個奈米以下之微小製程,然而,目前業界普遍使用的半導體材料,仍使用昂貴的製程設備。

針對此問題,台灣團隊首創運用常見於台陽能板的鈣鈦礦材料,開發出平價且極低能耗的創新雷射元件,有望整合進現有半導體積體電路、進入商業應用,不僅省錢,更搭上當前的節能與微小化趨勢。(責任編輯:徐宇儂)

台灣團隊結合太陽能材料鈣鈦礦與光纖,研發出更輕薄、節能、平價的雷射元件,今年 2 月登上國際頂尖學術期刊先進材料(Advanced Materials),未來有望取代現有半導體雷射,可說是積體光路領域重大突破。

台灣團隊成功找到關鍵技術,將太陽能材料、雷射與半導體積體電路(IC)整合

科技部今天舉行研究成果記者會。在科技部支持下,東華大學物理系教授馬遠榮、副教授賴建智、海洋大學光電科學研究所助理教授羅家堯與洛杉磯加大(UCLA )電機系教授劉佳明組成跨領域研究團隊,找到關鍵技術,把太陽能材料鈣鈦礦做成雷射。

科技部自然司司長羅夢凡表示,鈣鈦礦是一種過去比較常使用在製作太陽能板的材料,研究團隊這次把鈣鈦礦塗抹在光纖上,發展出全球首創可以在室溫下操作、低耗能的太陽能材料雷射,未來有機會可以整合進現有半導體積體電路

業界耳熟能詳的「積體電路」一詞,事實上,因為光的傳遞訊號速度更快,有潛力提高資料處理效率,因此研究上一直都有在往「積體光路」發展。

東華大學物理系副教授賴建智簡報說明。(圖片來源:科技部)

平價、簡易、可量產的光纖製程,有望取代現有的半導體雷射

賴建智指出,相比於業界使用的半導體材料,需要使用昂貴的製程設備。團隊研發出的雷射元件具備製程更省錢、更能跟積體電路整合的優點。

編按:該研究團隊率先提出以平價低製作成本、簡易且可量產塗佈法,將奈米級鈣鈦礦披覆於具原子級平整度之高品質單晶光纖上。在室溫下實現極低能耗太陽能材料雷射,一舉突破科學界多年來所侷限瓶頸,為全球首創。

此外,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,顛覆以往科學界對鈣鈦礦熱不穩定性和必要脈衝雷射光驅動之認知,並大幅縮小雷射體積至比人類頭髮直徑更細小的單晶光纖上,有效融合光纖波導的光學特性和鈣鈦礦材料的增益特性。

賴建智表示,團隊開發出平價、簡易、可量產的製程,把比人的頭髮還細的光纖浸泡到鈣鈦礦溶液中,高溫烤一烤後,就能形成平價的發光材料,同時克服現有鈣鈦礦雷射散熱不佳,只能在低溫環境操作的問題。

編按:多數鈣鈦礦雷射因天生散熱性較差,僅能於低溫運作,無法相容於室溫下操作的全光化積體電路,且有違節能願景;再者,多數鈣鈦礦雷射仰賴昂貴脈衝雷射驅動,相較於微型光纖元件,脈衝雷射驅動代表大體積與高維護成本,在與 IC 平台整合上,困難度大增。

科技部 9 日舉行研究成果記者會,團隊成果登上今年2月國際學術期刊「先進材料」。左起海洋大學光電科學研究所助理教授羅家堯、東華大學物理系教授馬遠榮、科技部自然司司長羅夢凡、東華大學物理系副教授賴建智。(圖片來源:科技部)

賴建智表示,團隊研發出的太陽能材料雷射,由於本身就是光纖,有利後續對接積體電路中的光纖,並縮減元件體積。這項太陽能材料雷射未來如果能用電激發,有機會進入商業應用,取代現有的半導體雷射。

此外,賴建智表示,只要調整鈣鈦礦的元素組成比例,就可以輸出不同波段的紅光、綠光、藍光等,具客製化彈性。未來在跨領域應用上,可以大幅降低積體光學晶片的複雜度跟門檻。

科技部表示,團隊研究成果不僅彰顯台灣雷射技術領先全球,也可以滿足下世代全光化積體電路更小、更節能的必要需求,為能源材料與半導體 IC 整合取得先機。

(本文經合作夥伴 中央社 授權轉載,並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題,原文標題為 〈台灣團隊太陽能材料雷射登國際期刊 積體光路領域突破 〉。)

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