硅作為微電子工業(yè)領域最重要的基石，在集成電路發(fā)展中起到了至關重要的作用。但隨著器件尺寸越來越小，過高的互連和集成度帶來了信號延遲和器件過熱的問題，為大規(guī)模集成電路為代表的微電子工業(yè)持續(xù)發(fā)展帶來了很大的挑戰(zhàn)。硅基光電子集成則是解決這一難題的理想途徑。然而將兩種截然不同的技術（電子學與光子學）集成在同一片硅片上，最大的挑戰(zhàn)是光源的問題。對于發(fā)光器件，目前大量的研究集中在GaAs，InGaAs等直接帶隙半導體，但目前為止實現(xiàn)III-V族等直接帶隙半導體材料與硅基集成還存在巨大的阻礙。另外，由于硅材料具有間接帶隙能帶結(jié)構，其發(fā)光效率極低，無法實現(xiàn)光的有效發(fā)射。
中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所信息功能材料國家重點實驗室與復旦大學物理系合作，針對硅基光電子集成技術中光源的需求，利用硅納米線陣列，結(jié)合表面等離子激元，實現(xiàn)了可見至近紅外區(qū)域的波長連續(xù)可調(diào)寬光譜發(fā)光。他們將SOI材料中的頂層硅材料加工成具有類梯形結(jié)構硅納米線的陣列，并與銀薄膜產(chǎn)生的等離子激元形成共振腔增強，從而實現(xiàn)硅納米線陣列的發(fā)光增強。有意思的是，在聲子輔助作用下，光激發(fā)熱載流子的復合發(fā)光不再受制于傳統(tǒng)體硅帶邊發(fā)光的限制，而是可以受到納米腔共振模引起的光場態(tài)密度的強烈調(diào)控。借助于時域有限差分法(FDTD)理論，他們發(fā)現(xiàn)硅納米線發(fā)光峰位與納米腔共振模式具有對應的關系，并進一步通過硅納米線陣列尺寸變化改變納米腔的共振模式，尺寸連續(xù)漸變的硅納米線能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)光峰位在可見至近紅外區(qū)域的連續(xù)可調(diào)。該研究為硅基光源開辟了一條新的途徑，為實現(xiàn)硅基光電集成提供了實驗與理論基礎，有助于推動硅基光源的大規(guī)模應用。
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