隨著后摩爾時代信息技術的微電發展，高效的學院有源片上集成光子器件得益于其超快的傳輸速率、極低的季力教授基于機鈣集成件能耗、強力的團隊鈦礦抗干擾能力以及豐富的調制手段，對推進未來信息處理與計算科學領域的全無突破具有至關重要的意義。近年研究發現，功能光器鹵素全無機鈣鈦礦材料以其出色的微電光電特性和可調諧的帶隙而備受關注，尤其是學院在太陽能電池、LED和激光器等領域顯示了巨大的季力教授基于機鈣集成件應用潛力。
近日，團隊鈦礦復旦大學微電子學院季力教授團隊研發出基于全無機鈣鈦礦的全無多功能集成光子器件，相關成果以《全無機鈣鈦礦多功能集成光子器件》（“Inorganic Perovskite-Based Active Multifunctional Integrated Photonic Devices”）為題發表于《自然·通訊》（Nature Communications）。功能光器該研究通過精確控制材料的微電微結構和光學特性，成功集成了多種光子功能組件，學院如微激光器、季力教授基于機鈣集成件光波導、調制器和探測器，為實現高度集成的光子電路和芯片提供了新的可能性。
研究團隊通過化學氣相沉積法生長出高質量的銫鉛溴（CsPbBr3）單晶鈣鈦礦薄膜，利用聚焦離子束刻蝕技術在單晶薄膜上精確地刻出不同形狀和尺寸的微納結構，由此制備的微米線激光器展現出高度相干的光子型激射，其激射閾值為48.7 μJ/cm2，品質因子高達2460。在此基礎上，研究團隊進一步制備出多種多功能的集成光子器件，其中包括波導耦合器、Y型分束器、X型耦合器和馬赫-曾德爾干涉儀等。
該研究不僅展示了無機鈣鈦礦在傳統光電子器件中的應用，諸如光子芯片上的信號生成、傳輸、分離和調制等功能，還展示了單晶薄膜作為光源和操作元件在半導體集成光子器件中的潛力，為未來的集成光子芯片提供了一種新的材料系統和制備方法。同時，這些光子器件還可以與其他功能元件結合，實現更復雜的光信號處理和邏輯運算，為未來的集成光子學和量子信息技術的發展開辟了新的方向，包括新型光子計算、量子通信和傳感技術等。
研究團隊表示，研究成果歸功于跨學科合作和先進的制造技術，未來將繼續探索無機鈣鈦礦材料的新功能和應用，以期在光子學和光電子學領域取得更多創新性成果。
圖1. CsPbBr3微米線激光器（標度尺：3 μm），激射閾值48.7 μJ/cm2，品質因子2460
圖2：集成光子器件從左至右：Y型分束器，X型耦合器，馬赫-曾德爾干涉儀（標度尺：5 μm）
復旦大學微電子學院教授季力、青年研究員胡申、教授孫清清為共同通訊作者，信息科學與工程學副研究員王俊為合作通訊作者，微電子學院博士生韓琦第一作者。
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-45565-9
制圖：實習編輯：孫一諾責任編輯：李斯嘉
