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吸光放光製程突破,臺灣團隊領先全球開發室溫鈣鈦礦激光

2021-03-09 22:12:50

提到鈣鈦礦,大家應該都很熟悉這種材料在太陽能領域的應用,但除了太陽能板外,鈣鈦礦於IC領域其實也有發光機會。由東華大學、海洋大學及洛杉磯加大教授組成的跨領域研究團隊,最近成功找到將太陽能材料、激光與半導體集成電路集成的關鍵技術,讓開發出更輕薄、低能耗且可規模化量產的激光組件。

鈣鈦礦(MAPbI3)是一種新興太陽能材料,優點在於容易合成(原物料混一混加熱就能生長出來)、發光特性容易調整(調整材料比例就能輸出不同波段的光)以及具備優異光電特性等,比起傳統晶體硅,鈣鈦礦更容易做出大面積太陽能電池,甚至塗覆在各種基材上做出可彎曲、各種顏色的太陽能電池。

不過除了「吸光放電」的太陽能電池,鈣鈦礦作為光纖組件在積體光學芯片方面也扮演關鍵角色,被視為下時代全光化集成電路重要目標。考慮到目前全球集成電路已進入數個納米以下的微小製程,實現更低能耗與微型化光纖激光也更加勢在必行。

奈何多數鈣鈦礦激光組件散熱性較差,僅能於低溫運行,且激光效率低落,還需繁瑣製程,仍卡在高成本低實用的瓶頸中。對此,東華大學物理系賴建智教授、馬遠榮教授、海洋大學光電系羅家堯教授以及洛杉磯加大電機系劉佳明教授等人,決定嘗試研發簡易、低成本、可量產的鈣鈦礦激光組件製程,並克服現有鈣鈦礦激光散熱不佳問題,歷經2年研究,終於將單晶光纖與鈣鈦礦結合成微型波導高效率發光材料。

該團隊除了成功開發簡易、低成本及可量產塗布製程,還領先全球,首次在室溫下實現極低能耗太陽能材料激光,一舉突破科學界多年來瓶頸,並大幅縮小激光體積至比人類頭髮還要細的單晶光纖上。

賴建智教授表示,未來還希望通過改變鈣鈦礦材料成分,進一步得到多波長輸出的光纖激光,取代前端半導體激光光源及現有昂貴設備。新論文發佈在《Advanced Materials》期刊。

鈣鈦礦激光研究團隊合影。 (Source:科技部提供)

(首圖來源:科技新報)


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