美科學(xué)家研制出硅鍺光調(diào)制器 有望加速光互聯(lián)速度

    據(jù)Physorg網(wǎng)2005年10月26日?qǐng)?bào)道：光比電能更快地傳輸數(shù)據(jù)，但使用光在硅芯片中傳輸數(shù)據(jù)過(guò)于昂貴和復(fù)雜?，F(xiàn)在，美國(guó)斯坦福大學(xué)的工程師已經(jīng)基本上解決了上述問(wèn)題。他們發(fā)明了一個(gè)可以很容易就集成在芯片內(nèi)的關(guān)鍵組件，能把激光束分解成每秒數(shù)千兆的數(shù)據(jù)（0或1）。這使得芯片能以遠(yuǎn)比現(xiàn)在快得多的速率傳輸數(shù)據(jù)。

    “大多數(shù)高性能光電產(chǎn)品（連接光設(shè)備和電子設(shè)備的產(chǎn)品）都是通過(guò)適度添加其它材料而制成的，而把這些材料與硅合成非常的困難?！?W. M. Keck基金會(huì)的電子工程學(xué)教授大衛(wèi). A. B.米勒說(shuō)“最終你將期望能使用一個(gè)平臺(tái)來(lái)制造一切東西，而且最好這個(gè)平臺(tái)是基于硅來(lái)制造的?！?/P>

     如今這個(gè)單一平臺(tái)快要實(shí)現(xiàn)了。米勒和哈里斯等研究人員在10月27日出版的《自然》雜志上提出的新發(fā)現(xiàn)也許能夠幫助制成一種由硅和鍺生成的微小固態(tài)調(diào)制器。因?yàn)楣韬玩N是在半導(dǎo)體工業(yè)中經(jīng)常使用的元素，這種調(diào)制器可以廉價(jià)而方便地嵌入到芯片中。

     這樣的調(diào)制器可以通過(guò)選擇性吸收光（代表0）或允許其通過(guò)（代表1）來(lái)把光束分解成數(shù)據(jù)流。這至少鋪平了在芯片之間使用光互聯(lián)的道路。至今為止，電聯(lián)接仍工作得很好，但激增的數(shù)據(jù)速率迫使工程師們?nèi)ふ姨娲霓k法——如使用光來(lái)扮演主要角色。

     米勒和哈里斯預(yù)計(jì)這種百萬(wàn)分之一米高，百萬(wàn)分之一米長(zhǎng)的調(diào)制器可以達(dá)到大于100百萬(wàn)次每秒的速率，這比今天計(jì)算機(jī)中使用的硬件要快50倍，并且與構(gòu)想中的光通訊所能達(dá)到的最高速率一樣快。

打破傳統(tǒng)思維

    一位研究人員說(shuō)，為制成這種調(diào)制器，米勒和哈里斯的研究小組打破了物理學(xué)家們所固有的傳統(tǒng)思維定勢(shì)。

    假如了解原子中的電子如何吸收（或不吸收）進(jìn)入的光線，就可以理解為什么人們認(rèn)為基于鍺的調(diào)制器是不可能的，以及米勒和哈里斯如何實(shí)現(xiàn)了一項(xiàng)令他們自己都覺(jué)得十分驚訝的成功。

    電子只能在原子周圍特定的軌道上運(yùn)行，每個(gè)軌道都與一定的能量等級(jí)相聯(lián)系。當(dāng)帶有適量能量（或適量波長(zhǎng)）的光線射入時(shí)。電子吸收了光線，使用其能量來(lái)躍遷到臨近的軌道上。對(duì)原子使用強(qiáng)大的電場(chǎng)可以改變電子所能吸收的光線波長(zhǎng)。這一現(xiàn)象已經(jīng)被人類所知超過(guò)一個(gè)世紀(jì)，被稱為斯塔克效應(yīng)。

    斯塔克效應(yīng)使得材料在工程師開(kāi)啟或關(guān)閉一個(gè)電場(chǎng)時(shí)，像百葉窗那樣可以屏蔽特定波長(zhǎng)的光線，吸收這種光線或是那種光線。要在原子中產(chǎn)生斯塔克效應(yīng)，所需的電壓非常之高以致無(wú)法在芯片中采用。但在一些細(xì)薄的材料中，可以產(chǎn)生一種強(qiáng)烈而敏感的斯塔克效應(yīng)，被稱為量子限制斯塔克效應(yīng)，這發(fā)生于可以接受的電壓下。很多今日的高端電訊設(shè)備使用能產(chǎn)生這種效應(yīng)的薄型材料來(lái)在光纖中傳輸數(shù)據(jù)。

硅的奇跡

    關(guān)鍵在于如何使這種能產(chǎn)生斯塔克效應(yīng)的材料融合進(jìn)芯片的制造中。硅和鍺都屬于電子不充分符合斯塔克效應(yīng)的一族元素。米勒，哈里斯和他們的小組發(fā)現(xiàn)在鍺中的這種不符合斯塔克效應(yīng)的現(xiàn)象是一種假象。事實(shí)上，在鍺中不吻合斯塔克效應(yīng)的能量層次被更強(qiáng)力符合的能量層所遮掩了。研究人員開(kāi)發(fā)并測(cè)試了一個(gè)硅－鍺混合件來(lái)檢驗(yàn)他們是否真能在鍺中利用這種斯塔克效應(yīng)。

    他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)鍺層恰當(dāng)?shù)嘏c硅合成一種晶體時(shí)，它們的電子不再?gòu)挠杏玫膶哟紊稀靶孤钡綗o(wú)用的層上，斯塔克效應(yīng)事實(shí)上在鍺中也能成立。

    哈里斯和米勒沒(méi)有預(yù)想到這種效應(yīng)是如此明顯?！傲钊顺泽@的是這種效應(yīng)事實(shí)上可以運(yùn)用在任何現(xiàn)有的調(diào)制器上——而且工作得比大多數(shù)要好”哈里斯說(shuō)。換句話說(shuō)，可以使用與電腦芯片相匹配的調(diào)制器，而不會(huì)影響到性能。

    哈里斯和米勒的研究小組包括幾名學(xué)生和顧問(wèn)——電子工程學(xué)教授Theodore I. Kamins。學(xué)生有Kuo, Yongkyu Lee, Yangsi Ge, Shen Ren and Jonathan E. Roth。研究是由英特爾公司和美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究工程處贊助支持的。

    這一小組的下一個(gè)關(guān)鍵是展示他們可以制造出標(biāo)準(zhǔn)通訊波長(zhǎng)所使用的調(diào)制器。他們確信他們可以成功，而且他們的發(fā)現(xiàn)可以幫助開(kāi)創(chuàng)一個(gè)計(jì)算和通訊的“新時(shí)代”。

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