盧廷昌 Tien-Chang Lu

開發體積最小的雷射 推進奈米尺度光電整合

近年來電晶體密度越來越高且尺寸越做越小，摩爾定律也逐漸走到極限。在後摩爾定律的時代中，寬頻的電信號傳輸一直是晶片效能提升的瓶頸，因為光學訊號具有極高頻寬且沒有串音干擾的特性，因此科學家一直試圖將晶片中電傳輸訊號轉換成光的傳輸訊號，然而欲將這些光電元件整合到具奈米尺度的半導體製程平台上時，光電元件受限於光波的繞射極限，無法實現出奈米尺度的元件。

本人的研究團隊近幾年來著重在表面電漿子奈米雷射的研究，使用介電質及金屬交界面形成的表面電漿子具有超小電磁場分佈的特性，可以突破繞射極限，這讓具有奈米尺度光電整合元件得以實現。我們利用一維表面電漿模態，實現出比真空波長體積小 5 個數量級的奈米雷射，可以和當今 5 奈米的鰭式電晶體的體積相匹配，為目前世界上模態體積最小的雷射，證明了光電元件有機會和半導體元件整合。

此外，我們發現在特定介電系數匹配的情況下，整合分子束磊晶生長的高品質單晶金屬，得以實現世界上操作溫度最高的奈米雷射，這個成果不僅簡化現有的結構，亦將電漿子奈米雷射的實用性大幅提升；最近，我們整合石墨烯於奈米雷射中，藉由通入電流破壞時間反演對稱，表面電漿波在奈米線中的傳播將不具來回互逆的對稱性，因此能夠以電流方式調變雷射，對於實現奈米尺度光電整合元件是重要的里程碑。

未來的研究方向將朝向奈米雷射的電激發、開發表面電漿子的偵測器，以及整合光波導元件，以其大幅微縮的體積和電子積體電路整合，為後摩爾時代的晶片開發貢獻一己之力！