روش مقرون به صرفه برای تولید انبوه لیزرهای نقطه‌ای کوانتومی رونمایی شد
محققان موسسه تحقیقات الکترونیک و مخابرات (ETRI) در کره جنوبی راهی برای تولید انبوه لیزرهای نقطه‌ای کوانتومی کشف کرده‌اند.
لیزرهای نقطه‌ای کوانتومی دستگاه‌های لیزر دقیق هستند که با استفاده از ذرات نیمه‌هادی که تنها چند نانومتر اندازه دارند نور تولید می‌کنند.
این ذرات به نام نقاط کوانتومی شناخته می‌شوند و امکان کنترل بسیار دقیقی بر خصوصیات لیزر فراهم می‌کنند که در کاربردهایی که نیاز به نور دقیق دارند بسیار مفید است.
به عنوان مثال، لیزرهای نقطه‌ای کوانتومی می‌توانند به دستگاه‌های ارتباط نوری با کیفیت بالا منجر شوند که برای انتقال اطلاعات به مسافت‌های طولانی با استفاده از نور مورد استفاده قرار می‌گیرند. این دستگاه‌ها برای انتقال داده‌های اینترنتی با سرعت بالا، عملکرد روان سرورها در داخل و بین مراکز داده و تصویربرداری پزشکی دقیق حیاتی هستند.
در مطالعه جدید خود، محققان ETRI با موفقیت دیودهای لیزر نقطه‌ای کوانتومی تولید و آزمایش کردند، اجزایی که در دستگاه‌های ارتباط نوری استفاده می‌شوند.
غلبه بر چالش‌های تولید لیزر نقطه‌ای کوانتومی
محققان می‌خواستند مقادیر زیادی دیودهای لیزر نقطه‌ای کوانتومی با کیفیت بالا تولید کنند اما فهمیدند که روش‌های متداول برای این منظور کند، ناکارآمد، نیازمند به زیرلایه‌های گران‌قیمت فسفید ایندیم (InP) و غیر قابل مقیاس هستند.
این باعث شد تا به دنبال جایگزین‌هایی بگردند و به زودی به رسوب بخار شیمیایی فلز-آلی (MOCVD) رسیدند، تکنیکی که برای ایجاد لایه‌های بسیار نازک (در مقیاس نانو) از یک ماده بر روی سطح استفاده می‌شود.
MOCVD معمولاً برای مقاصد تحقیقاتی استفاده می‌شود. اما برای اولین بار، تیم ETRI تصمیم گرفت از آن برای تولید دیودهای لیزر نقطه‌ای کوانتومی استفاده کند و این روش کارآمد بود.
«ما با موفقیت دیودهای لیزر نقطه‌ای کوانتومی ارسنید ایندیم/گالیوم (InAs/GaAs) را بر روی زیرلایه‌های گالیوم-آرسنیک (GaAs) که مناسب برای باند طول موج 1.3 میکرومتر استفاده شده در ارتباط نوری هستند، توسعه دادیم»، نویسندگان مطالعه می‌نویسند .
MOCVD به عنوان یک فرآیند تولید نقطه‌های کوانتومی، بهره‌وری تولید بالاتر و یکنواختی خوبی در مقایسه با روش‌های متداول ارائه داد. علاوه بر این، از زیرلایه‌ای (GaAs) استفاده کرد که کمتر از یک‌سوم قیمت زیرلایه‌های InP موجود است.
هنگامی که دیودهای لیزر نقطه‌ای کوانتومی تولید انبوه را آزمایش کردند، «لیزرهای نیمه‌هادی عملیات پیوسته در دماهای تا 75 درجه سانتی‌گراد نشان دادند که یک دستاورد جهانی پیشرو در نتایج به دست آمده از MOCVD است.»
لیزرهای نقطه‌ای کوانتومی تولید انبوه دارای مزایای بسیاری هستند
MOCVD به محققان این امکان را داد تا لیزرهای نقطه‌ای کوانتومی را به روش سریع، کارآمد، مقیاس‌پذیر و مقرون به صرفه تولید کنند. آنها ادعا می‌کنند که روش آنها می‌تواند هزینه تولید لیزرهای نیمه‌هادی را بیش از 80 درصد کاهش دهد.
این کاهش بیشتر هزینه فناوری‌هایی که این لیزرها در آنها استفاده می‌شوند را نیز به همراه خواهد داشت. به عنوان مثال، کاهش هزینه لیزرهای نقطه‌ای کوانتومی به طور قابل توجهی قیمت دستگاه‌های ارتباط نوری پیشرفته را کاهش خواهد داد.
«در جامعه مدرن، ارتباط نوری به عنوان ستون فقرات صنعت ما عمل می‌کند. دستاورد این مطالعه آماده است تا توسعه منابع نوری را تحول بخشیده و اتصال مجتمع‌های آپارتمانی به شهرهای بزرگ و کابل‌های نوری زیر دریا را ممکن سازد»، نویسندگان مطالعه می‌نویسند.
با این حال، کار تحقیقاتی فعلی تنها یک قدم ابتدایی است. محققان نیاز به انجام مطالعات بیشتری دارند تا بهینه‌سازی‌های بیشتری انجام داده و امکان‌پذیری روش خود را تایید کنند قبل از اینکه شروع به استفاده از MOCVD برای تولید تجاری لیزرهای نقطه‌ای کوانتومی کنند.
این مطالعه در مجله آلیاژها و ترکیبات منتشر شده است.
