來自德國尤里希研究所（Forschungszentrum Jülich）和瑞士保羅謝勒研究所（Paul Scherrer Institute）的科學(xué)家們與全球合作伙伴共同研發(fā)出了硅芯片用鍺-錫（GeSn）半導(dǎo)體激光器.
　　該半導(dǎo)體完全由主族IV元素組成，因此GeSn激光器可以直接用于硅芯片。這一半導(dǎo)體可以讓電腦芯片通過光進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。與使用銅線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ㄏ啾?，這種新方法傳輸速度更快，能量消耗更低。
　　在當(dāng)今計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，多核之間、存儲單元以及邏輯元件之間的數(shù)據(jù)傳輸成為了技術(shù)突破的瓶頸。使用光進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸將幫助解決這一技術(shù)瓶頸，在降低能耗的同時，能夠提高電路板部件和電腦芯片間數(shù)據(jù)傳輸速度。“由于銅線頻寬和熱負(fù)荷的限制，使用銅線進(jìn)行信號傳輸一直限制著計(jì)算機(jī)大型化和快速化的發(fā)展，單單時鐘信號同步這一項(xiàng)通過使用光纖傳輸就可以節(jié)省30%以上的能耗，” 彼得·格林貝格研究所主任Detlev Grützmacher教授解釋道。
　　光纖很早之前就已經(jīng)應(yīng)用于計(jì)算機(jī)中心和長距離電信網(wǎng)絡(luò)。即使是很長距離這些光纖仍保證了高頻寬。
　　通過光纖傳播的信號可以同時穿過不同的波長并且?guī)缀鯖]有任何信號損失。這一傳播速度為納米和微電子帶來了福音。“光元器件集成在很多領(lǐng)域得到了長足的發(fā)展。盡管研究頗豐，但與芯片生產(chǎn)匹配的激光源一直還未研制出，”科研人員表示。
　　在元素周期表中，硅屬于主族IV元素。硅是芯片生產(chǎn)的主要原料。遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)使用的半導(dǎo)體激光器由砷化鎵組成。這些激光器由主族III或V元素組成，價(jià)格昂貴。這些激光器元件會影響硅的結(jié)晶性，因此不能直接應(yīng)用于硅芯片加工。其它方法，如外部粘合，需要把這些元件粘在硅片上，很浪費(fèi)精力。這些物質(zhì)的膨脹系數(shù)與硅的不同，這個缺陷對元件的使用壽命有很大影響。
　　由IV主族元素生產(chǎn)的半導(dǎo)體可以比較容易地與工藝集成進(jìn)行生產(chǎn)。但是作為主族IV元素的鍺和錫不是非常有效的光源，并且它們被歸類為間接半導(dǎo)體。跟直接半導(dǎo)體相比，它們幾乎不發(fā)光，當(dāng)被激發(fā)時散發(fā)出的大部分是熱。這使得全球研究者們對鍺的研究主要圍繞在通過放大其光信號讓它成為激光源。
　　而彼得·格林貝格研究所（Peter Grünberg Institute）的研究者們將鍺和錫結(jié)合，成功研制出一種“真正”的主族IV直接半導(dǎo)體激光器。
　　“高錫含量對光學(xué)特性起決定性作用。在不影響其光學(xué)特性的條件下，我們第一次向晶體點(diǎn)陣內(nèi)引入了10%以上的錫。”——博士研究生Stephen Wirths
　　“目前激光器的功能受限于-183℃低溫條件。這主要是因?yàn)槲覀兊臏y試系統(tǒng)還未得到進(jìn)一步優(yōu)化。”——Dan Buca博士
　　Wirths與Siegrfried Mantl博士的團(tuán)隊(duì)合作，將該激光器直接應(yīng)用于硅晶片。研究者在此期間測試了該物質(zhì)的屬性，并同時也在保羅謝勒研究所（Paul Scherrer Institute）進(jìn)行了測試。激光器結(jié)構(gòu)由該研究所的一名博士生制作。“經(jīng)過試驗(yàn)，我們證明鍺-錫混合物可以放大光信號，還能產(chǎn)生激光，”Hans Sigg教授在微電子和納米技術(shù)實(shí)驗(yàn)室報(bào)告中寫道。
　　在實(shí)驗(yàn)中，研究者們從光學(xué)上激發(fā)該激光器。Dan Buca博士研究團(tuán)隊(duì)中的科學(xué)家們努力將光學(xué)和電子學(xué)盡量結(jié)合。他們將進(jìn)一步在可能不需冷卻的條件下，使用電流生成激光。研究者們還計(jì)劃制作一個在室溫條件下可以運(yùn)行的電泵激光器。
　　試驗(yàn)過程中產(chǎn)生的激光束無法用肉眼觀察到。GeSn將光吸收并發(fā)出約3μm波長范圍的光。這個波長范圍介于中和近紅外波長。溫室氣體、生物分子以及其它類似碳化合物在該波長范圍內(nèi)的吸收譜線表現(xiàn)強(qiáng)烈。所以使用鍺-錫制作的感應(yīng)器可以作為檢測這些化合物的新方法。
　　該新型激光材料可以應(yīng)用于很多新領(lǐng)域。還可能使計(jì)算機(jī)芯片行業(yè)獲益。在醫(yī)療應(yīng)用領(lǐng)域，可以讓植入芯片或氣體傳感器用于獲取血糖值和其它類似信息。其它應(yīng)用還包可以括提供實(shí)時天氣和氣候數(shù)據(jù)的便攜式、廉價(jià)傳感器。該傳感器技術(shù)還很有可能與智能手機(jī)結(jié)合。