吸光放光製程突破,台灣團隊領先全球開發室溫鈣鈦礦雷射

作者 | 發布日期 2021 年 03 月 09 日 15:51 | 分類 尖端科技 , 材料 Telegram share ! follow us in feedly


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、雷射與半導體積體電路整合的關鍵技術,讓開發出更輕薄、低耗能且可規模化量產的雷射元件。

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,比起傳統矽晶,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,鈣鈦礦作為光纖元件在積體光學晶片方面也扮演關鍵角色,被視為下世代全光化積體電路重要目標。考慮到目前全球積體電路已進入數個奈米以下的微小製程,實現更低能耗與微型化光纖雷射也更加勢在必行。

奈何多數鈣鈦礦雷射元件散熱性較差,僅能於低溫運作,且雷射效率低落,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、可量產的鈣鈦礦雷射元件製程,並克服現有鈣鈦礦雷射散熱不佳問題,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、低成本及可量產塗佈製程,還領先全球,首次在室溫下實現極低能耗太陽能材料雷射,一舉突破科學界多年來瓶頸,並大幅縮小雷射體積至比人類頭髮還要細的單晶光纖上。

賴建智教授表示,未來還希望透過改變鈣鈦礦材料成分,進一步得到多波長輸出的光纖雷射,取代前端半導體雷射光源及現有昂貴設備。新論文發表在《Advanced Materials》期刊。

▲ 鈣鈦礦雷射研究團隊合影。(Source:科技部提供)

(首圖來源:科技新報)