來自德國(guó)尤里希研究所（Forschungszentrum Jülich）和瑞士保羅謝勒研究所（Paul Scherrer Institute）的科學(xué)家們與全球合作伙伴共同研發(fā)出了硅芯片用鍺-錫（GeSn）半導(dǎo)體激光器.

　　該半導(dǎo)體完全由主族IV元素組成，因此GeSn激光器可以直接用于硅芯片。這一半導(dǎo)體可以讓電腦芯片通過光進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。與使用銅線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ㄏ啾龋@種新方法傳輸速度更快，能量消耗更低。

　　在當(dāng)今計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，多核之間、存儲(chǔ)單元以及邏輯元件之間的數(shù)據(jù)傳輸成為了技術(shù)突破的瓶頸。使用光進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸將幫助解決這一技術(shù)瓶頸，在降低能耗的同時(shí)，能夠提高電路板部件和電腦芯片間數(shù)據(jù)傳輸速度。“由于銅線頻寬和熱負(fù)荷的限制，使用銅線進(jìn)行信號(hào)傳輸一直限制著計(jì)算機(jī)大型化和快速化的發(fā)展，單單時(shí)鐘信號(hào)同步這一項(xiàng)通過使用光纖傳輸就可以節(jié)省30%以上的能耗，” 彼得·格林貝格研究所主任Detlev Grützmacher教授解釋道。

　　光纖很早之前就已經(jīng)應(yīng)用于計(jì)算機(jī)中心和長(zhǎng)距離電信網(wǎng)絡(luò)。即使是很長(zhǎng)距離這些光纖仍保證了高頻寬。

　　通過光纖傳播的信號(hào)可以同時(shí)穿過不同的波長(zhǎng)并且?guī)缀鯖]有任何信號(hào)損失。這一傳播速度為納米和微電子帶來了福音。“光元器件集成在很多領(lǐng)域得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。盡管研究頗豐，但與芯片生產(chǎn)匹配的激光源一直還未研制出，”科研人員表示。

　　在元素周期表中，硅屬于主族IV元素。硅是芯片生產(chǎn)的主要原料。遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)使用的半導(dǎo)體激光器由砷化鎵組成。這些激光器由主族III或V元素組成，價(jià)格昂貴。這些激光器元件會(huì)影響硅的結(jié)晶性，因此不能直接應(yīng)用于硅芯片加工。其它方法，如外部粘合，需要把這些元件粘在硅片上，很浪費(fèi)精力。這些物質(zhì)的膨脹系數(shù)與硅的不同，這個(gè)缺陷對(duì)元件的使用壽命有很大影響。

　　由IV主族元素生產(chǎn)的半導(dǎo)體可以比較容易地與工藝集成進(jìn)行生產(chǎn)。但是作為主族IV元素的鍺和錫不是非常有效的光源，并且它們被歸類為間接半導(dǎo)體。跟直接半導(dǎo)體相比，它們幾乎不發(fā)光，當(dāng)被激發(fā)時(shí)散發(fā)出的大部分是熱。這使得全球研究者們對(duì)鍺的研究主要圍繞在通過放大其光信號(hào)讓它成為激光源。

　　而彼得·格林貝格研究所（Peter Grünberg Institute）的研究者們將鍺和錫結(jié)合，成功研制出一種“真正”的主族IV直接半導(dǎo)體激光器。

　　“高錫含量對(duì)光學(xué)特性起決定性作用。在不影響其光學(xué)特性的條件下，我們第一次向晶體點(diǎn)陣內(nèi)引入了10%以上的錫。”——博士研究生Stephen Wirths

　　“目前激光器的功能受限于-183℃低溫條件。這主要是因?yàn)槲覀兊臏y(cè)試系統(tǒng)還未得到進(jìn)一步優(yōu)化。”——Dan Buca博士

　　Wirths與Siegrfried Mantl博士的團(tuán)隊(duì)合作，將該激光器直接應(yīng)用于硅晶片。研究者在此期間測(cè)試了該物質(zhì)的屬性，并同時(shí)也在保羅謝勒研究所（Paul Scherrer Institute）進(jìn)行了測(cè)試。激光器結(jié)構(gòu)由該研究所的一名博士生制作。“經(jīng)過試驗(yàn)，我們證明鍺-錫混合物可以放大光信號(hào)，還能產(chǎn)生激光，”Hans Sigg教授在微電子和納米技術(shù)實(shí)驗(yàn)室報(bào)告中寫道。

　　在實(shí)驗(yàn)中，研究者們從光學(xué)上激發(fā)該激光器。Dan Buca博士研究團(tuán)隊(duì)中的科學(xué)家們努力將光學(xué)和電子學(xué)盡量結(jié)合。他們將進(jìn)一步在可能不需冷卻的條件下，使用電流生成激光。研究者們還計(jì)劃制作一個(gè)在室溫條件下可以運(yùn)行的電泵激光器。

　　試驗(yàn)過程中產(chǎn)生的激光束無法用肉眼觀察到。GeSn將光吸收并發(fā)出約3μm波長(zhǎng)范圍的光。這個(gè)波長(zhǎng)范圍介于中和近紅外波長(zhǎng)。溫室氣體、生物分子以及其它類似碳化合物在該波長(zhǎng)范圍內(nèi)的吸收譜線表現(xiàn)強(qiáng)烈。所以使用鍺-錫制作的感應(yīng)器可以作為檢測(cè)這些化合物的新方法。

　　該新型激光材料可以應(yīng)用于很多新領(lǐng)域。還可能使計(jì)算機(jī)芯片行業(yè)獲益。在醫(yī)療應(yīng)用領(lǐng)域，可以讓植入芯片或氣體傳感器用于獲取血糖值和其它類似信息。其它應(yīng)用還包可以括提供實(shí)時(shí)天氣和氣候數(shù)據(jù)的便攜式、廉價(jià)傳感器。該傳感器技術(shù)還很有可能與智能手機(jī)結(jié)合。