光子晶体光学日本开发出生产高质量光子晶体新技术

日本开发出生产高质量光子晶体新技术

时间:2011年11月21日
制造高质量、不含光学波段缺陷的三维光子晶体(photonic crystal)一直是项艰巨的挑战,不过日本科学家最近研发出一项简单、由大作小(top-down)的新技术,可望突破此难题,让光子晶体更接 平板苹果电脑iPad 2低价杀入 国产平板阵营处境堪忧产业信息产业我国政策解读:电子信息产业调整和振兴规划解读批评新闻线索编辑李开复:一个让比尔·盖茨心惊肉跳的中国人山寨手机网站山寨苹果网站肆虐:搭iPhone顺风车骗财硅片太阳能电池国内多晶硅投资热潮背后太阳能电池薄膜生产成本盘点2010 太阳能:薄膜硅型的困境与机遇传感器元件视觉康耐视推出新型支持以太网的Checker 4G系列产能机台业者LED TV背光源及照明应用展超乎预期芯片安全性闪存英飞凌32位闪存微控制器提高NFC应用安全便利性
制造高质量、不含光学波段缺陷的三维光子晶体(photonic crystal)一直是项艰巨的挑战,不过日本科学家最近研发出一项简单、由大作小(top-down)的新技术,可望突破此难题,让光子晶体更接近实际应用。

光子晶体通常是指介电系数具周期性变化的微结构,这种周期性变化将会导致能隙(photonic bandgap)的出现,影响光在材料中的传递,此现象类似半导体中周期性位势造成的电子能带结构会影响电子传输。当光的波长或对应的能量刚好落在光子晶体能隙内时,光便无法穿过,科学家根据此特性,通过在材料上设计适当的缺陷形成波导,来操控光的传递。

3D光子晶体

科学家使用三维纳米制作技术来制作光子晶体,但无法避免地会引入某些光学波段的缺陷,这会严重地影响成品的光学质量。其它更复杂的技术如微加工法(micromachining)虽然能制做质量较好的光子晶体,但却相当费时。

最近,京都大学的Susumu Noda及其研究团队发展出一项新技术,沿着硅晶圆表面+45度方向进行刻蚀,接着将结构旋转90度,再沿硅晶圆表面-45度方向刻蚀,便能得到三维光子晶体结构。这种二次刻蚀制程大大地简化三维光子晶体的制造。这项新技术是CMOS或MEMS(微机电系统)制程中常用的等离子刻蚀法的一大改良,它比纳米加工(nanomachining)的速度快上5至10倍,而且也与CMOS或MEMS兼容。

新技术制作出来的光子晶体具有卓越的光学特性,并可应用于光电系统芯片、高效率LED、太阳能电池中,甚至可做为光学量子计算的组件。目前研究团队正尝试将硅晶圆刻蚀的深度加深,以便能够得到更佳的光子能隙。
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