南京郵電大學「同質集成光電子晶片」研究已處國際領先水平

2020-12-15 新華網客戶端

來源:新華網

近日，南京郵電大學王永進教授與2014年諾貝爾物理學獎得主天野浩教授合作，基於矽襯底氮化物晶圓，首次獲得了直徑0.8mm、2μm厚的可轉移近紫外同質集成光電子晶片。該研究成果在最新一期的《今日半導體》 （Semiconductor Today）被專題報導。

「同質集成」是業界的一個難題。長期以來，光發射、傳輸、調製和接收器件等分屬不同的研究領域，很難將它們集成在同一塊晶片上。2015年11月，王永進團隊製備了世界上首款同質集成光電子晶片，將可見光的發射、傳輸、調製和接收功能分區域做在同一個晶片上。王永進介紹說，胃鏡檢查時，醫生會將一個光纖探頭和一個光源同時放入患者胃中，有了「同質集成光電子晶片」，可以將探頭和光源放在一個晶片上。患者的痛苦將會減輕。

2016年2月，王永進在實驗中發現，量子阱二極體的光發射譜和探測響應譜存在重疊區。電子注入量子阱二極體產生的高能光子，亦能被吸收激發出電子空穴對生成光電流，量子阱二極體光發射和探測共存的物理現象被首次發現，為「同質集成光電子晶片」獲得了理論支撐。

2016年3月，王永進團隊成功研發全雙工可見光通信晶片，解決了通信領域的一個世界性難題。「未來，手機裡僅需要安裝一塊集能源、傳感、照明和通信一體的同質集成光電子晶片，就能實現自充電、感知和通信等功能，再也不需要攜帶充電器、充電寶了。」王永進說。

王永進帶領團隊先後製備了光互聯晶片、類腦晶片、物聯網晶片等不同種類的晶片，證明「量子阱二極體光發射和光探測共存」的物理現象的普遍存在，回應了學術界的質疑。

通過生長不同組分的量子阱結構，調控量子阱二極體器件的發光光譜，能夠實現多譜段的發光器件。「我們已將『同質集成光電子晶片』的研究從可見光波段拓展到紫外光波段，還將研究基於量子阱二極體發光和探測共存現象的紅外同質集成光電子晶片。」王永進希望研究成果可以服務於未來社會革命性的變化。

據悉，天野浩將在本月召開的Display Week國際會議（洛杉磯）上重點介紹「紫外同質集成光電子晶片」在水淨化領域的應用。

2014年諾貝爾物理學獎得主中村修二在《應用物理快報》及《光學快報》的文章指出「研究者在同一片矽襯底晶圓上製備了光源、波導和探測器集成的晶片」，認可同質集成光電子晶片成果屬於世界首創。

兩年間，國際半導體行業著名雜誌《今日半導體》已經6次專題報導王永進教授團隊「同質集成光電子晶片」的系列研究成果，確立了南京郵電大學在該研究領域的國際領先地位。（作者 蔣元 張前）

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