美國能源部旗下的勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室(LawrenceBerkeleyNationalLaboratory)近日宣布研發(fā)出全球首創(chuàng)的，可實(shí)現(xiàn)芯片上光通訊的“真正納米級”硅波導(dǎo)(siliconwaveguide)。勞倫斯伯克利實(shí)驗(yàn)室藉由新研發(fā)的一種稱為“混合等離極化激元(hybridplasmonpolariton，HPP)”的準(zhǔn)粒子(quasi-particle)，解除了前人嘗試開發(fā)硅光子元件的新運(yùn)作模式、以最佳化光子與等離子系統(tǒng)之路途上所遭遇的光學(xué)損失(opticallosses)障礙。

      該實(shí)驗(yàn)室采用的方法，結(jié)合了高量子局限(quantumconfinement)與低訊耗損失，也為實(shí)現(xiàn)納米等級的芯片上激光(on-chiplasers)、量子運(yùn)算以及單光子全光學(xué)開關(guān)(single-photonall-opticalswitches)等技術(shù)開啟一扇門。

      創(chuàng)造以上研究成果的，是勞倫斯伯克利實(shí)驗(yàn)室材料科學(xué)部門研究員暨美國加州大學(xué)伯克利分校的納米科學(xué)與工程中心總監(jiān)XiangZhang；共同參與的還包括博士研究生VolkerSorger與ZiliangYe。他們表示，HPP將為支持芯片內(nèi)光通訊、信號調(diào)制，以及芯片上激光、生物醫(yī)療傳感等應(yīng)用的納米級波導(dǎo)，開啟一個新時代。

      被稱為表面等離極化激元(surfaceplasmonpolaritons，SPPs)的準(zhǔn)粒子，是已知可用在將光波導(dǎo)向橫跨金屬表面，以產(chǎn)生表面電子波──也就是等離子(plasmons)──然后能與光子產(chǎn)生交互作用。但遺憾的是，SPP在傳導(dǎo)通過金屬時，會遭遇嚴(yán)重的信號損失。

      伯克利實(shí)驗(yàn)室的研究人員解決以上問題的方法，是在金屬與光波導(dǎo)半導(dǎo)體元件之間，添加了一層低K電介質(zhì)(low-kdielectric)層，形成一種金屬氧化物半導(dǎo)體架構(gòu)，能將導(dǎo)入的光波重分配(redistributes)到光學(xué)損失較少的低K電介質(zhì)間隙中。

      采用上述方法所產(chǎn)出的HPP，能以更自由的方式進(jìn)行傳導(dǎo)，讓工程師能以標(biāo)準(zhǔn)CMOS芯片打造出光學(xué)特性媲美罕見三五族半導(dǎo)體化合物的納米級波導(dǎo)。研究人員估計，這種新技術(shù)在2~5年內(nèi)就可推向商業(yè)市場。