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高性能中紅外激光二極管助力低成本光學(xué)傳感器開發(fā)

2020-03-31 09:17:32傳感器專家網(wǎng)閱讀量：541 我要評(píng)論


　　【化工機(jī)械設(shè)備網(wǎng) 產(chǎn)品新聞】研究人員*在微電子兼容的硅基板上直接制造了高性能中紅外激光二極管。這種新型激光器可以廣泛開發(fā)低成本傳感器，用于空氣污染監(jiān)測、食品安全分析和檢測管道泄漏等應(yīng)用的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的環(huán)境傳感。
 
　　法國蒙彼利埃大學(xué)(University of Montpellier)的研究小組組長埃里克•圖尼(Eric Tournié)說：“大多數(shù)光學(xué)化學(xué)傳感器都是基于感興趣分子與中紅外光之間的相互作用。在與微電子兼容的硅上制造中紅外激光器可以大大降低成本，因?yàn)樗鼈兛梢允褂门c制造用于手機(jī)和計(jì)算機(jī)供電的硅微電子相同的大容量處理技術(shù)來制造。”
 
　　這種新的制造方法在Optica(光學(xué)協(xié)會(huì)(OSA)雜志)上進(jìn)行了高沖擊研究。這項(xiàng)工作是在額外的設(shè)施以及“紅雀聯(lián)盟”的一部分下進(jìn)行的，該聯(lián)盟正在開發(fā)用于便攜式氣體和液體化學(xué)檢測的小型便攜式低成本光學(xué)傳感器。
 
　　圖尼說：“在這個(gè)項(xiàng)目中，我們正在通過開發(fā)用于未來傳感器的光子器件進(jìn)行上游工作。在后期階段，這些新的中紅外激光器可以與硅光子組件組合在一起，以創(chuàng)建智能的集成光子傳感器。”
 
　　行業(yè)兼容的制造
 
　　激光二極管是由半導(dǎo)體材料制成的，能把電轉(zhuǎn)化為光。中紅外光可以用一種叫做III-V的半導(dǎo)體產(chǎn)生。大約十年來，研究人員一直致力于用一種叫做外延的方法在硅上沉積III-V半導(dǎo)體材料。
 
　　盡管研究人員先前在硅基片上演示了激光，但這些基片并不符合微電子制造的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)使用工業(yè)兼容硅時(shí)，硅和III-V半導(dǎo)體材料結(jié)構(gòu)的差異會(huì)導(dǎo)致形成缺陷。
 
　　圖尼說：“一種叫做反相位邊界的特殊缺陷是一種設(shè)備殺手，因?yàn)樗鼤?huì)造成短路。在這項(xiàng)新工作中，我們開發(fā)了一種外延方法，防止這些缺陷到達(dá)器件的有源部分。”
 
　　研究人員還改進(jìn)了用外延材料制造激光二極管的工藝。結(jié)果，他們能夠在工業(yè)兼容的硅基板上用一次外延工具制造出一個(gè)完整的激光結(jié)構(gòu)。
 
　　高性能激光器
 
　　研究人員通過生產(chǎn)連續(xù)波模式工作且光學(xué)損耗低的中紅外激光二極管證明了這一新方法。他們現(xiàn)在計(jì)劃研究新設(shè)備的壽命以及該壽命與設(shè)備的制造和操作模式之間的關(guān)系。
 
　　他們說，一旦他們的方法完全成熟，使用硅微電子工具在大硅襯底(直徑達(dá)300毫米)上外延激光將改善制造過程的控制。反過來，這將進(jìn)一步降低激光制造成本，并使新器件的設(shè)計(jì)成為可能。這種新型激光器還可以與無源硅光子學(xué)集成電路或CMOS技術(shù)相結(jié)合，制造出小型、低成本、高靈敏度的用于氣體和液體測量的智能光子傳感器。
 
　　圖尼說：“我們使用的半導(dǎo)體材料可以制造在1.5微米(電信波段)到25微米(遠(yuǎn)紅外)寬光譜范圍內(nèi)工作的激光器或光電探測器。我們的制造方法可以應(yīng)用于任何需要在硅平臺(tái)上集成III-V半導(dǎo)體的領(lǐng)域。例如，我們已經(jīng)用這種新的外延方法制造出了8微米的量子級(jí)聯(lián)激光器。”
 
　　原標(biāo)題：高性能中紅外激光二極管為低成本光學(xué)傳感器開發(fā)鋪平道路
 
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