數(shù)十年來，讓硅發(fā)光是微電子行業(yè)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(yè)，因為芯片的速度將比以往時候快得多。據(jù)外媒報道，荷蘭埃因霍溫理工大學（Eindhoven University of Technology）的研究人員就研發(fā)了一款能夠發(fā)光的硅合金。目前，該團隊正在研發(fā)一種能夠集成到芯片中的硅激光器。

        目前以半導體為基礎的技術已經(jīng)遇到了研發(fā)瓶頸，限制研發(fā)進展的因素在于熱量。當電子穿過連接到芯片上許多晶體管的銅線時，會產(chǎn)生電阻，而電阻就會造成熱量。為了繼續(xù)推進數(shù)據(jù)傳輸，就需要研發(fā)一種不會產(chǎn)生熱量的新技術。
        與電子相反，光子不會產(chǎn)生電阻。由于光子既沒有質量，也沒有電荷，在穿過材料時，散射得更少，因此不會產(chǎn)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芯片內的電氣通信裝置，可以將芯片內以及芯片之間的通信速度提高1000倍。數(shù)據(jù)中心將可從中受益最大，因為數(shù)據(jù)傳輸更快，冷卻系統(tǒng)的能耗就更少。不過，此類光子芯片也能夠實現(xiàn)新的應用，如用于自動駕駛汽車的激光雷達、用于醫(yī)療診斷或測量空氣和食物質量的化學傳感器等。

        在芯片中利用光需要用到集成式激光器。計算機芯片的半導體材料主要由硅制成，但是大塊的硅發(fā)光效率極低，長期以來，都被認為無法在光子學中發(fā)揮作用。因此，科學家們轉而研究更加復雜的半導體，如砷化鎵和磷化銦。此類半導體的發(fā)光性能很好，但是價格比硅貴，而且很難集成至現(xiàn)有的硅制微芯片中。
        為了打造出可與硅兼容的激光器，科學家們需要制造出一種能夠發(fā)光的硅。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，將硅和鍺合成了一個能夠發(fā)光的六邊形結構。
        埃因霍溫理工大學首席研究員Erik Bakkers表示：“關鍵在于半導體的帶隙。如果一個電子能夠從導帶“掉”到價帶，半導體就會發(fā)出光子：光?！?BR>        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(fā)出光子，如硅的情況一樣。不過，歷經(jīng)50年的研究證明，六邊形結構的硅鍺合金確實存在一個直接帶隙，因而可能能夠發(fā)光。

        不過，將硅塑造成六邊形結構并不容易。然而，Bakkers及其團隊掌握了納米線生長技術，早在2015年就能夠制造出六邊形的硅。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(xiàn)了一個純六邊形硅，然后再在該模板上培育出硅鍺外殼。
        但是，直到現(xiàn)在，還是不能讓其發(fā)光。Bakkers團隊通過減少雜質和晶體缺陷的數(shù)量，成功提高了六邊形硅鍺外殼的質量。當利用激光刺激納米線時，可以測量出新材料的效率。另一名負責測量發(fā)光現(xiàn)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(fā)光?！?BR>        Bakkers表示，現(xiàn)在打造激光器只是時間問題?！暗侥壳盀橹?，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年打造出一種硅基激光器，從而能夠在主導電子設備平臺上緊密集成光學功能，實現(xiàn)芯片光學通信以及基于光譜學的經(jīng)濟型化學傳感器?！?BR>        與此同時，Bakkers的團隊還在研究如何將該六邊形硅集成至方形硅微電子設備中，這是完成該項研究的重要前提。

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