6/8/2011，據(jù)電子工程專輯網(wǎng)報道，美國能源部旗下的勞倫斯伯克利國家實驗室(Lawrence Berkeley National Laboratory)近日宣布研發(fā)出全球首創(chuàng)的，可實現(xiàn)芯片上光通訊的“真正納米級”硅波導(dǎo)(silicon waveguide)。

   勞倫斯伯克利實驗室藉由新研發(fā)的一種稱為“混合等離極化激元(hybrid plasmon polariton，HPP)”的準粒子(quasi-particle)，解除了前人嘗試開發(fā)硅光子元件的新運作模式、以最佳化光子與等離子系統(tǒng)之路途上所遭遇的光學(xué)損失(optical losses)障礙。

   該實驗室采用的方法，結(jié)合了高量子局限(quantum confinement)與低訊耗損失，也為實現(xiàn)納米等級的芯片上激光(on-chip lasers)、量子運算以及單光子全光學(xué)開關(guān)(single -photon all-optical switches)等技術(shù)開啟一扇門。

   創(chuàng)造以上研究成果的，是勞倫斯伯克利實驗室材料科學(xué)部門研究員暨美國加州大學(xué)伯克利分校的納米科學(xué)與工程中心總監(jiān)Xiang Zhang；共同參與的還包括博士研究生Volker Sorger與Ziliang Ye。他們表示，HPP將為支持芯片內(nèi)光通訊、信號調(diào)制，以及芯片上激光、生物醫(yī)療傳感等應(yīng)用的納米級波導(dǎo)，開啟一個新時代。

   被稱為表面等離極化激元(surface plasmon polaritons，SPPs)的準粒子，是已知可用在將光波導(dǎo)向橫跨金屬表面，以產(chǎn)生表面電子波──也就是等離子(plasmons)──然后能與光子產(chǎn)生交互作用。但遺憾的是，SPP在傳導(dǎo)通過金屬時，會遭遇嚴重的信號損失。

   伯克利實驗室的研究人員解決以上問題的方法，是在金屬與光波導(dǎo)半導(dǎo)體元件之間，添加了一層低K電介質(zhì)(low-k dielectric)層，形成一種金屬氧化物半導(dǎo)體架構(gòu)，能將導(dǎo)入的光波重分配(redistributes)到光學(xué)損失較少的低K電介質(zhì)間隙中。

   采用上述方法所產(chǎn)出的HPP，能以更自由的方式進行傳導(dǎo)，讓工程師能以標準CMOS芯片打造出光學(xué)特性媲美罕見三五族半導(dǎo)體化合物的納米級波導(dǎo)。研究人員估計，這種新技術(shù)在2~5年內(nèi)就可推向商業(yè)市場。