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片上集成硅基光源

主 講 人 :駱軍委     研究員

活動時間:01月11日08時30分    

地      點 :理科群2號樓B509室

講座內容:

光子器件與電子器件集成在同一硅片上的光電子集成技術可以有效解決微電子芯片所面臨的諸多難題,延續摩爾定律。目前,在硅片上已經研制成功探測器、波導、調制器等光子組件,由于硅不發光導致硅片上的激光器還無法成功,嚴重阻礙了光電集成技術的發展。硅發光是一個延續了半個世紀的世界難題。我們最近發展了一個普適理論來統一解釋為什么硅、鍺、金剛石等IV 族是間接帶隙,而所有II-VI族半導體是直接帶隙,除含鋁化合物和GaP外的其他III-V族半導體都是直接帶隙[1],解釋清楚了為什么過去半個多世紀始終無法解決硅基發光的難題。我們推翻了硅量子點國際權威荷蘭阿姆斯特丹大學TomGregorkiewicz教授認為硅量子點可以實現間接帶隙轉變為直接帶隙的觀點,TomGregorkiewicz教授發現隨硅量子點減小直接帶隙能量迅速降低,認為硅量子點足夠小可以成為真正的直接帶隙,這給硅量子點發光帶來了新的希望[2]。我們的研究否定了硅量子點發光的可行性。我們也設計出了高效發光硅鍺復雜超晶格,把文獻報道的硅鍺超晶格最高發光效率提高了50倍,達到通信激光器材料直接帶隙體InP的10%[3,4]。最近,考慮到鍺的直接帶隙只比間接帶隙高0.14eV,只需要2%的張應變就能使鍺完成間接帶隙到直接帶隙的轉變實現高效發光,受到鋰電池硅鍺陽極材料體積最大可以膨脹400%的啟發,提出往鍺中注入鋰或惰性氣體原子,等使鍺體積膨脹實現直接帶隙發光的原創方案,該摻雜應變鍺直接帶隙發光方案高度兼容CMOS工藝,如果可行將解決微電子芯片上的光源問題,極大推動光電集成技術的發展。


主講人介紹:

中國科學院半導體研究所研究員,半導體超晶格國家重點實驗室副主任,2019年獲得國家杰出青年基金資助。2000年和2003年在浙江大學物理系分別獲得學士和碩士學位,2006年在中國科學院半導體研究所獲得博士學位,2007年至2014年在美國可再生能源國家實驗室先后擔任博士后、永久職位研究員、資深研究員。2014年在中組部人才項目資助下回到中國科學院半導體研究所工作。駱軍委長期從事半導體物理與器件物理研究,旨在通過解決硅基發光和半導體自旋軌道耦合效應太弱這兩個核心科學問題,推動光電子集成芯片和半導體量子集成芯片走向應用,替代接近物理極限的半導體微電子集成技術。已經取得多項原創性研究成果,包括提出隱藏自旋極化效應理論并由此開辟隱藏物理(Hidden Physics) 領域,設計出多個高效硅基發光材料,揭示硅量子點發光機制等。至今已發表論文60余篇,其中最近5年以第一作者或通訊作者發表1篇Nature Physics、1篇Nature Nanotechnology、2篇PRL和1篇Nature Comms等。在APS、ACS 、E-MRS、ICSNN、JSAP-MRS等重要國際會議作邀請報告或擔任分會主席。


發布時間:2020-01-08 10:26:15

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