Ⅲ～Ⅴ族納米線材料為新一代芯片賦予光學特性

IBM蘇黎世研究實驗室(IBM Research of Zurich)開發出一種尺寸極其微小的納米線，具有一般標準材料所沒有的光學特性，從而為開發出基于半導體納米線的“新一代晶體管”電路研究而奠定基礎。

該研究實驗室與挪威科技大學(Norwegian University of Science and Technology)合作的最新發現是一種在硅基底上產生機械應變砷化鎵(GaAs)納米線的創新技術，不僅能夠加以調整成不同的光譜色彩，同時還能從使其從光發射器切換成光探測器。

IBM蘇黎世研究實驗室多年來持續研究如何將高電子遷移率Ⅲ～Ⅴ材料(砷化鎵、砷化銦與砷化銦鎵等)整合于標準硅晶互補金屬氧化物半導體(CMOS)芯片的方法。因此，該實驗室已經嘗試過許多新穎的Ⅲ～Ⅴ族化合物了。

“目前有幾種可在未來取代/改善硅晶晶體管的不同方案。傳統n通道晶體管特別看好Ⅲ～Ⅴ族材料，因為這些材料具有比硅晶更高的電遷移率，尤其是砷化銦鎵(InGaAs)三元化合物，”IBM科學家及該研究論文作者 Giorgio Signorello表示。

IBM蘇黎世研究實驗室也在探索其它的器件架構，例如嵌于InGaAs與砷化銦(InAs)合金中的穿隧場效晶體管(FET)。這種穿隧FET可實現超低功耗作業，從而有助于IBM定義新一類的納米線CMOS。

“同樣類型的納米線材料也適用于實現某些下一代硅光子芯片所需的光電器件。換句話說，Ⅳ～Ⅴ族納米線可實現高性能的CMOS晶體管、低功耗的穿隧TFT、硅光子，以及具有技術影響力的物理現象，”Signorello說。

這種新的物理現象是透過拉伸以纖鋅礦晶體生長的Ⅲ～Ⅴ族材料—這種纖鋅礦晶體具有相同類型的原子結構，能夠在拉伸壓電材料時帶來特殊的性能。就像壓電材料一樣，GaAs纖鋅礦晶體并不直接產生電力，而是在受到拉伸時具有轉換光的能力，從而使其發光光譜可加以調整以及轉換成光探測器。

在實際操作時，GaAs納米線可經由動態拉伸來調整其實時的屬性，或者可一次把全部都調整成永久具有某種固定功能。

“原則上這兩種解決方案都可加以實現，但是，在我看來，最有趣的解決方案是一種人們可以不斷調整其應變力的建置方式，”Signorello說，“這種解決方案還能針對發光的顏色進行控制與持續調整，而且還可能帶來重大影響，特別是考慮到波分復用等在同一光纖中的不同色信道上傳送數據的可能性。”IBM蘇黎世研究實驗室目前已能達到200 meV的可調范圍，但還可能再進一步加以擴展。同時，IBM先前也已經解決了如何利用外延生長方式在硅基板上安裝Ⅲ～Ⅴ族納米線的問題。

Signorello強調，“我們已經證實 GaAs與 InAs等Ⅲ～Ⅴ族納米線可直接整合于硅晶圓上了，達到了目前的產業標準。”通過在相同硅基板上整合光發射器與光探測器，IBM期望未來能夠降低彼此之間以光(而非電力)進行通訊的納米光子芯片復雜度。