蓋世汽車訊 數十年來，讓矽發光是微電子行業內的制勝法寶（Holy Grail），如果能夠解決該難題將徹底變革計算行業，因為晶片的速度將比以往時候快得多。據外媒報導，荷蘭埃因霍溫理工大學（Eindhoven University of Technology）的研究人員就研發了一款能夠發光的矽合金。目前，該團隊正在研發一種能夠集成到晶片中的矽雷射器。
（圖片來源：埃因霍溫理工大學）
目前以半導體為基礎的技術已經遇到了研發瓶頸，限制研發進展的因素在於熱量。當電子穿過連接到晶片上許多電晶體的銅線時，會產生電阻，而電阻就會造成熱量。為了繼續推進數據傳輸，就需要研發一種不會產生熱量的新技術。
與電子相反，光子不會產生電阻。由於光子既沒有質量，也沒有電荷，在穿過材料時，散射得更少，因此不會產生熱量，進而能源消耗也會減少。此外，利用光學通信裝置取代晶片內的電氣通信裝置，可以將晶片內以及晶片之間的通信速度提高1000倍。數據中心將可從中受益最大，因為數據傳輸更快，冷卻系統的能耗就更少。不過，此類光子晶片也能夠實現新的應用，如用於自動駕駛汽車的雷射雷達、用於醫療診斷或測量空氣和食物質量的化學傳感器等。
（圖片來源：埃因霍溫理工大學）
在晶片中利用光需要用到集成式雷射器。計算機晶片的半導體材料主要由矽製成，但是大塊的矽發光效率極低，長期以來，都被認為無法在光子學中發揮作用。因此，科學家們轉而研究更加複雜的半導體，如砷化鎵和磷化銦。此類半導體的發光性能很好，但是價格比矽貴，而且很難集成至現有的矽制微晶片中。
為了打造出可與矽兼容的雷射器，科學家們需要製造出一種能夠發光的矽。埃因霍溫理工大學的研究人員與奧地利林茨大學（the universities of Jena, Linz）以及慕尼黑大學的研究人員一起，將矽和鍺合成了一個能夠發光的六邊形結構。
埃因霍溫理工大學首席研究員Erik Bakkers表示：「關鍵在於半導體的帶隙。如果一個電子能夠從導帶「掉」到價帶，半導體就會發出光子：光。」
但是，如果導帶與價帶相互取代，則成為了間接帶隙，就不會發出光子，如矽的情況一樣。不過，歷經50年的研究證明，六邊形結構的矽鍺合金確實存在一個直接帶隙，因而可能能夠發光。
（圖片來源：埃因霍溫理工大學）
不過，將矽塑造成六邊形結構並不容易。然而，Bakkers及其團隊掌握了納米線生長技術，早在2015年就能夠製造出六邊形的矽。首先，他們利用另一種具有六邊形晶體結構的材料生長納米線，實現了一個純六邊形矽，然後再在該模板上培育出矽鍺外殼。
但是，直到現在，還是不能讓其發光。Bakkers團隊通過減少雜質和晶體缺陷的數量，成功提高了六邊形矽鍺外殼的質量。當利用雷射刺激納米線時，可以測量出新材料的效率。另一名負責測量發光現象的研究員表示：「我們的實驗表明，此種材料的結構是正確的，沒有缺陷，能夠有效地發光。」
Bakkers表示，現在打造雷射器只是時間問題。「到目前為止，我們打造的合金的光學性能幾乎可與磷化銦和砷化鎵的媲美，而且還在大幅提高材料的質量。如果一切順利，我們可以在2020年打造出一種矽基雷射器，從而能夠在主導電子設備平臺上緊密集成光學功能，實現晶片光學通信以及基於光譜學的經濟型化學傳感器。」
與此同時，Bakkers的團隊還在研究如何將該六邊形矽集成至方形矽微電子設備中，這是完成該項研究的重要前提。