《硅性能的突破可以使关键的微波技术成本更低廉》

  • 来源专题:集成电路
  • 编译者: Lightfeng
  • 发布时间:2018-05-27
  • 研究人员使用功能强大的超级计算机已经找到了一种利用廉价芯片生成微波的方法,这一突破可以显著降低成本并改善自动驾驶车辆中的传感器等设备。

    “直到现在,这被认为是不可能的,”滑铁卢大学的工程教授C.R. Selvakumar说,他在几年前提出了这个概念。

    高频微波在各种设备中传送信号,包括警察用于捕捉汽车中的调速器和碰撞避免系统的雷达单元。

    微波通常由称为耿氏二极管的器件产生,该器件利用了砷化镓等昂贵且有毒的半导体材料的独特性能。

    首席研究员Daryoush Shiri,前滑铁卢博士生,现在在瑞典查尔姆斯理工大学工作,他使用计算机纳米技术表明用硅也可以达到同样的效果。

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    • 编译者:冯瑞华
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    • 滑铁卢大学的研究人员使用功能强大的超级计算机,目前已经找到了一种利用价廉的硅材料产生微波的方法,这一突破可以显着降低成本并改善自动驾驶车辆中的传感器等设备。 滑铁卢大学的工程教授C.R. Selvakumar曾在他在几年前提出了这个概念,但直到现在,仍被认为是不可能的。 高频微波可传送信号,广泛用于多种设备,包括警用车辆中装载用于追捕超速者的探测雷达、避免碰撞系统的雷达单元。 微波通常由称为耿氏二极管的器件产生,这种器件主要利用了砷化镓等昂贵且有毒的半导体材料的独特性能。 当电压施加到砷化镓中并逐渐增加时,流过它的电流也随之增加,但仅仅会增加到某一极限值,在那之后,电流会逐渐下降,这种奇特的现象称之为耿氏效应,其结果将导致微波发射。 滑铁卢大学博士研究生、现就职于瑞典查尔姆斯理工大学的首席研究员希里,利用计算机纳米技术表明,使用硅可以达到同样的效果。 作为地球上储量第二多的物质,硅将更易于制造,其成本也仅为砷化镓的二十分之一。 这项新技术涉及的硅纳米线非常细小,10万根捆绑在一起才能达到人头发的厚度。 复杂计算机模型显示,如果硅纳米线在施加电压时被拉伸,可能会诱发耿氏效应,并因此引起微波的发射。 希里表示,随着新的纳米制造方法的涌现,现在很容易将块状的硅制成纳米线形式,并将其用于上述的目的。 这项工作的理论研究,只是开发过程中的第一步,随着研究的深入,未来可能将得到更便宜、更灵活的微波产生装置。 这种利用硅施加电压时的拉伸机理,也可以作为一种“开关”控制来微波的产生与否,或者改变微波的频率和效果,以便在许多人们尚未想象到的领域取得新的应用。
  • 《突破 | 高性能硅波导耦合Ⅲ-Ⅴ族光电探测器》

    • 来源专题:光电情报网信息监测服务平台
    • 编译者:husisi
    • 发布时间:2022-11-24
    • 近日,香港科技大学团队利用选择性外延技术,开发了一种新型集成技术,即在硅平台上,将Ⅲ-Ⅴ族化合物与硅元件有效耦合,这激发了在硅光子学领域中,集成高效光子学和低成本电子学的发展潜力,并使下一代电讯具备低成本、高速度和大容量的优点。 图1 SOI生长的高性能硅波导耦合Ⅲ-Ⅴ族光电探测器 在过去的数年中,数据流量在各种应用程序和新兴技术(如大数据、汽车、云应用程序和传感器)的推动下,成指数型增长。为了解决以上问题,硅光子学作为核心技术,通过节能、高容量和低成本的光互连技术实现、扩展和增加数据传输。 硅光无源器件已经在硅光子学平台上成熟应用,然而,激光器和光电探测器不能直接通过硅来实现,需要在硅上集成其它材料,比如Ⅲ-Ⅴ族半导体。 硅基Ⅲ-Ⅴ激光器和光电探测器的研究传统主要是两种方法。第一种是基于键合的方法,其优点在于技术成熟,生产出来的器件性能优异,但它需要复杂的制造技术,产量低、成本高,因此难以大规模生产。 另一种方法是在硅上利用直接外延方法生长多层Ⅲ-Ⅴ族薄膜。该方法具有低成本、可扩展性强、高集成度等优点,但是集成硅光子学的好坏关键在于微米级厚的 III-V 缓冲层,它会阻碍III-V族与硅之间的有效光耦合。 为了解决以上问题,香港科技大学电子与计算机工程系首席教授刘纪美团队开发了横向纵横比捕获(以下简称LART)——一种新型选择性直接外延方法,能够选择性地在硅绝缘体平台(本文简称SOI)上横向生长Ⅲ-Ⅴ族半导体,而不需要厚缓冲区。 此外,基于这种技术,该团队设计并演示了独特的面内集成Ⅲ-Ⅴ族光电探测器和硅元件,Ⅲ-Ⅴ族化合物和硅之间具有更高的耦合效率。与商用光电探测器相比,这种方法的光电探测器噪声更小,灵敏度更高,工作范围更广,数据传输速度超过112 Gb/s,创下记录,远快于现有产品。 Ⅲ-Ⅴ族器件首次通过直接外延技术与硅元素有效耦合。该集成方法可以很容易地应用于各种Ⅲ-Ⅴ族器件和基于硅的集成元件,从而实现了在用于数据通信的集成光子学与电子学的阶段目标。 “这是由于我们最近开发了一种名为横向纵横比捕获(LART)的新型增长技术,以及我们在SOI平台上独特的耦合策略设计。我们团队对器件物理学和生长机制的综合专业知识和见解使我们能够完成Ⅲ-Ⅴ族和硅之间的有效耦合,以及对外延技术和极具挑战性的任务——器件性能的关联分析。” 此外,该论文第一作者Ying Xue博士说:“这项工作将为光子集成电路和完全集成的硅光子学提供实用的解决方案,通过这种方法可以实现Ⅲ-Ⅴ族激光器和硅元件之间的光耦合。” 以上结果已发表在期刊《Optica》上。