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圖1為研究團隊通過在硅腔上形成單層二碲化鉬膜實現了首個室溫下發光的CMOS激光器示意圖

▍二碲化鉬
二碲化鉬（MoTe2）—稱為過渡金屬二硫屬元素化合物—是能夠在工業標準通信波長下實現紅外線激光帶隙發熒光的半導體。當結晶成薄的原子單層時，它具有柔性、抗裂紋、幾乎透明以及和CMOS兼容的特性。

▍硅腔工藝
電氣工程學教授Cun-Zheng Ning表示：“我們的納米光束硅腔是由標準的CMOS硅絕緣體晶圓制成的，沒有利用任何高溫工藝，這通常是CMOS工藝需要考慮的問題。MoTe2層的生成是一個簡單的機械過程。換句話說，除了CMOS行業常見的標準處理工藝之外，我們沒有使用任何其他工藝。”

圖2為美國亞利桑那州立大學Cun-Zheng Ning教授

▍原理實現
如圖1所示，研究人員通過在硅腔上形成單層的MoTe2膜實現了首個室溫下發光的CMOS激光器，MoTe2單層放置在薄硅腔之上，薄硅腔上刻有小孔，該裝置有效實現了在紅外通信頻帶放大產生足夠的激光，最終實現激光輸出。

Ning和清華大學的Yongzhuo Li，Jianxing Zhang，Dandan Huang等人在《自然納米技術》雜志上發表了一篇名為“在硅腔上集成單層MoTe2實 現室溫下連續激光輸出”的文章。文章提到，在硅腔的限制下，增益介質能夠實現光子的放大。如傳統的半導體激光器相比，該新型激光器能夠在常見的紅外通信波 段實現室溫下100倍的激光放大和輸出。研究人員補充說，該技術可以被修改以感知產生的激光，這就意味著將來有可能在同一CMOS芯片上實現光子發射器和 光子接收器的共存。

圖：激光器結構示意圖

像通常的做法一樣，該概念驗證芯片利用非常低功耗的常規激光器來泵浦MoTe2 CMOS激光器。Ning補充道：“現在我們利用633納米波長的連續波氦氖激光實現對激光器的泵浦，實際上，該激光器的閾值遠遠低于紅光激光器的閾值。”

▍下一步工作
研究團隊的下一步工作就是啟動并調制該片上激光器。Ning表示，設計高效的電流注入方案是電注入激光器成功示范的關鍵，我們目前還處于設計和測試的階段。