跨国团队找出硅光子关键技术 电脑将变“光脑”

【大纪元2020年09月08日讯】（大纪元记者袁世钢台湾台北报导）台湾半导体及晶片设计位居产业领先地位，主要是以“硅元素”制作出先进积体奈米电路，但最终会面临尺寸与传输速度的极限。然而，台大物理系教授朱士维带领的国际团队，将硅的光学非线性效应提升了三到四个数量级，让“光控制光”，未来有望发展成“积体光路”。

硅是自然界中含量仅次于氧的第二大元素，因其具有良好的半导体特性，自 1940年代发明积体电路迄今，硅电子领域成为奈米电路制程中不可或缺的材料。而在硅电子领域中，关键是做出具有非线性、能够用“电控制电”的元件，不过，硅材料最终会面临尺寸与传输速度的极限，因此全球也都致力于“硅光子学”研究，盼能够“用光控制光”。

然而，想制造出“用光控制光”的全光学控制元件，受到硅晶本身的光学非线性效应太小的限制，在过去的研究中都不足以作为有效的全光学控制应用。不过，在科技部长期支持下，朱士维与日本大阪大学光子学中心教授高原淳一（JunichiTakahara）、藤田克昌（Katsumasa Fujita）、中研院物理所博士林宫玄等学者共同组成的国际团队，在此领域有了重大突破。

朱士维表示，他的研究团队利用硅奈米结构的特殊电磁共振模态，可以组成完整可见光光谱的奈米方块，或是用光去关掉某些光。由于个别硅奈米粒子的散射颜色不尽相同，若将橘光打在硅基板上发绿光的硅奈米粒子，可导致后者变得不可见，进而实现以光控制光的效果。

朱士维说，这项突破可以把硅的光学非线性效应提升1千至1万倍，且反应时间只要奈秒等级，研究人员可针对个别硅奈米粒子的散射光进行近 100% 调控，实现 GHz 奈米全光学开关。团队也发现，运用这项技术可做出精度高达40奈米的远场光学超解析显微影像，将可实现无须染色的超解析显微技术。

朱士维指出，1940年代电晶体的发展开启电脑计算功能，且技术进步到做出可以放在手机中的微小晶片，但主要还是用电的讯号驱动，而这次研究中发现，可以用光讯号来控制光，并可应用在硅材料上；虽然硅光子技术目前仍处于早期的概念阶段，但未来有望大量生产，让“积体电路”变成“积体光路”、“电脑”变成“光脑”。◇

责任编辑：王愉悦