跟着摩尔定律靠拢其物理极限第四色网站是多少，芯片间数据交互的适度成为提高芯片性能的要津挑战。

硅基光电集成时代具有大光学带宽、低传输损耗、顽劣耗、低本钱等上风，同期具备光信号传输的高带宽和低衰减特质，已被庸俗以为是已毕片上光互连的最具后劲的决策。

但由于硅是一种迤逦带隙半导体，将它看成有用的光源材料存在局限性。现如今，跟着各类光子集成单位时代的日益练习，高效的硅基光源依然成为该时代发展的要津瓶颈。为同意大限制坐褥的需求，在硅衬底上平直集成 III-V 族材料，成为贬责硅基光电集成中中枢光源问题的理思决策。

与传统的量子阱材料比较，零维量子点结构因其对位错裂缝的不敏锐性、低阈值电流密度以及大约在高责任温度条款下责任等上风，被以为是硅基外延 III-V 族半导体激光器中的理思光源。

在此配景下，沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学助显露说万雅婷以硅基量子点光源的后劲为磋议重点，将其与硅互补金属氧化物半导体（CMOS，Complementary Metal Oxide Semiconductor）制造过程结合，助力鼓舞下一代光芯顷然代的发展。

她主导诱惑的硅基量子点光电时代贬责了硅光集成的中枢光源问题。该时代具备高温鲁棒性、低阈值电流和强抗反射性，为高速大容量光通讯、光筹划及量子通讯提供了高性能和高集成度的贬责决策。凭借一系列改进磋议，万雅婷成为 2023 年度《麻省理工科技批驳》“35 岁以下科技改进 35 东说念主”中国入选者之一。

已毕高温鲁棒性的高性能光源及硅光片上集成时代的粉碎

万雅婷本科毕业于浙江大学光电工程学专科，师从何建军解说。在学时代，她在微电子和光电子学界限积蓄了塌实的表面基础和丰富的推行申饬。跟着摩尔定律冉冉接近其物理极限，她明锐地意志到硅基光电集成时代的进军性，并决定将磋议重点转向这一新兴界限。

在香港科技大学攻读博士时代，她师从刘纪好意思院士，专注于硅基量子点看成有源器件的磋议。她回忆说念：“其时硅光子学界限发展速即，硅波导和调制器等硅光器件时代依然相对练习，但光源问题永恒是制约其发展的进军瓶颈。”为此，她与团队经过多年的磋议和探索，告捷粉碎了量子点 III-V 族光电器件外延集成到硅基底的复杂时代难题。

量子点是一种由半导体材料制成的纳米晶体，尺寸时时在几纳米范围内。“量子点被称为‘东说念主工原子’，因为它通过量子适度效应将电子和空穴不停在一个细小的三维区域内。”她解释说念。

这种适度导致其能级呈龙套化特质，访佛于原子中的电子能级。通过蜕变量子点的尺寸，不错精准调控其电子能带结构，从而颐养其辐射光的波长。这种特质使得量子点成为已毕高效、可调谐激光的进军材料，尤其在硅光子时代中展现出巨大后劲。

通过采选与 CMOS 工艺兼容的 001 晶面的硅片，她改进性地已毕了量子点激光器通过外延滋长方式平直集成到硅光平台的时代粉碎。这一表情幸免了传统四度或六度偏离晶面所带来的工艺适度，显赫普及了器件性能和集成度。关联论文发表在 Optica，并被选为封面论文 [1]。

此外，量子点因其专有的线宽增强因子小、线宽窄等特质备受难得。这些特质使量子点对反射不敏锐，因此在系统中不需要阻遏器，从而大大简化了系统瞎想，并助力系统的袖珍化和高集成度。基于这些上风，万雅婷尽头团队在硅基激光器和光电检测器的研发上赢得了多项粉碎。

从界说新性能圭表的微腔激光器，到展现出色射频性能的多波长锁模激光器；从具备极低暗电流性能的光电检测器，到无需阻遏器的芯片系统，这些效用充分展现了量子点时代在硅基光电界限的巨大后劲，为已毕卓绝 1Tbit/s 的高扩张性和长命命的硅基摄取器奠定了坚实基础 [2]。

博士毕业后，万雅婷加入好意思国加州大学圣巴巴拉分校（UCSB，University of California，Santa Barbara）约翰·E·鲍尔斯（John E. Bowers）解说团队，开展了为期 5 年的博士后磋议。时代，她进一步拓展了硅基量子点时代的诈欺，已毕了硅基量子点激光器与硅波导无源器件的高度集成，为鼓舞硅光子时代的粉碎性发展奠定了坚实基础。

与 Intel 磋议中心的调解更是为异质集成时代注入了新能源，她专注于通过 wafer bonding（晶圆键合）时代已毕量子点激光器与硅光芯片的深度集成。这项责任的要津挑战在于，若何将量子点薄膜告捷键合到硅芯片上并加工激光器，同期确保量子点的性能不受影响，并保管其他硅光组件（如波导和调制器）的功能好意思满性。

磋议团队优化了硅晶片的预处理工艺。在激光器所需位置精准开孔后，使用键合时代将量子点薄膜无缝联结到硅晶片上。后续的加工过程中，通过高精度光刻工艺已毕激光器与硅之间的瞄准，幸免了传统手动瞄准可能带来的谬误。这种全过程确保了光从量子点到硅的的高效传输，并通过锥度结构的倏逝波耦合已毕了独特性能。关联论文发表于 Laser & Photonics Reviews，并被选为封面著作 [3]。

“与以往的责任不同，咱们不再只是将硅看成衬底，而是实在地将激光器与硅光子平台深度集成，使光大约平直传输到硅波导中，变成一个好意思满的器具平台。”万雅婷解释说念。“莫得捷径可走，这是一场反复历练的捏久战，咱们花了五年时刻，插足了数千小时的责任来优化瞎想，包括组件的键合、刻蚀和千里积规定，以及压力和温度条款的优化。”

2024 年，Intel 在其工业推行室中告捷复制了这一工艺，从而粉碎了大学推行室的局限性，已毕了时代的更庸俗诈欺。“这为交易化诈欺迈出了进军一步。”万雅婷暗示。Intel 对提高建造可靠性以及取消阻遏器的交易酷爱为这项磋议提供了进军能源，而该效用也持续了 Intel 与该课题组在量子阱异构激光器上的告捷调解。

图丨硅基光源和硅光片上集成时代的发展及诈欺（开首：elight）

为高速大容量光通讯、光筹划及量子通讯提供高性能和高集成度的贬责决策

从 2022 年 6 月起，万雅婷在阿卜杜拉国王科技大学（KAUST，King Abdullah University of Science & Technology）担任孤独 PI，创立了集成光电推行室。推行室现存成员十余名，专注于异质集成光子芯片的研发，磋议界限涵盖光筹划，光通讯以及激光雷达等多个前沿时代标的。

在国表里调解中，她的课题组与中国科学院微电子磋议所挽回开展流片责任，同期与香港科技大学解说、希迪智驾首创东说念主李泽湘调解，研发基于量子点激光器的新式激光雷达时代。这种 LiDAR 时代有利针对沙特沙漠的极点环境瞎想，大约有用抗拒沙尘骚扰，为自动驾驶矿卡提供可靠的导航因循。

“沙特的极点炎暑征象使东说念主工操作极具挑战性，无东说念主矿卡的需求颠倒大。咱们的样式致力于为这些无东说念主矿卡提供高效且踏实的时代因循。”万雅婷说说念。

此外，她的团队正在鼓舞量子点芯片在顶端界限的庸俗诈欺。除了自动驾驶激光雷达传感器，还包括高性能光学神经收集。光筹划看成现时最具颠覆性后劲的磋议界限之一，却面对两大挑战：其一，传统的外置激光系统不仅复杂且宽阔；其二，光筹划界限大家与算法大家之间的疏通不及，导致光筹划在算法层面的发展较电筹划仍存在一定差距。

万雅婷团队通过诱惑高集成度的量子点激光器，有用简化了光筹划器件的结构，为已毕更高效、更紧凑的光筹划系统提供了新的可能性。这种改进将进一步促进软件与硬件的深度交融，为光筹划界限的发展奠定基础。

图丨万雅婷课题组部分红员合影（开首：万雅婷）

在 Nature Photonics 上，课题组报说念了一种基于量子点集成的高性能激光器 [4]。该激光器发达出优异的无大肆特质，在低 Q 值外部腔体锁定下已毕了仅 16 赫兹的洛伦兹线宽。与旧例量子阱激光器比较，其频率噪声缩小了 1 个数目级以上，为高踏实性光源奠定了新圭表。

“激光器外置会导致较大的损耗，并增多系统的复杂度。咱们的时代通过集成量子点激光器，有用减少了这些损耗和复杂度，这亦然咱们时代的主要上风之一。”万雅婷说。

（开首：Nature Photonics、Laser & Photonics Reviews、Light: Science & Applications）

科学磋议时时充满不笃定性，但恰是这种不笃定性为改进提供了无穷可能。万雅婷援用曾国藩的话说说念：“凡物之骤为之而追成焉者，其器小也；物之一览而易尽者，其中无有也。”

她以为，速即完成的磋议效用往往枯竭深度和捏久价值，实在具有影响力的时代粉碎需要经过经久测试和考证。“巧合候一项磋议可能需要十年致使更长的时刻智商看到奏效，这个过程中充满了失败和贫瘠。关联词，就像经久的投资同样，即使面对黑天鹅事件的亏蚀，感性而漫步的经久投资最终会带来踏实的文牍。”这种剖析使她的责任充满信念和幸福感。

从磷化铟量子阱外延片到砷化镓量子点外延片的时代转动，万雅婷课题组正在为更高性能、更具经济可行性的光电贬责决策开辟新旅途。团队的见识是将这些高效光源时代诈欺于 300 毫米直径晶圆，以因循光通讯界限的改进性发展，同期为集成量子时代和下一代光筹划时代的粉碎提供基础 [5]。

硅基光电时代和量子点看成新式光源材料，展现出了贬责硅基光电集成中经久存在的问题的巨大后劲，并预示着其稠密的交易和诈欺远景。在万雅婷看来，改日硅基量子点光电时代在光互连和光筹划方面可能会是界限的下一个爆发点。

“咱们但愿通过团队的努力和庸俗的调解，将这些时代早日庸俗诈欺于数据中心、高性能筹划和量子信息处理等界限。”她补充说念，“这些时代不仅能显赫普及数据传输速率和筹划效用，同期能有用降顽劣耗，进而鼓舞信息时代的全面改进和发展。”

参考府上：

1. Y. Wan， J. Norman， Q. Li， MJ. Kennedy， D. Liang， C. Zhang， D. Huang， Z. Zhang， A. Y. Liu， A. Torres， D. Jung， A. C. Gossard， E. L. Hu， K. M. Lau， and J. E. Bowers*，1.3 µm submilliamp threshold quantum dot micro-lasers on Si， Optica， 4(8)， 940-944 (2017).

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2. Y. Wan， J. Norman， Y. Tong， MJ Kennedy， W. He， J. Selvidge， C. Shang， M. Dumont， A. Malik， H. K. Tsang， A. C. Gossard， and J. E. Bowers*，1.3 µm quantum-dot distributed feedback lasers directly grown on (001) Si， Laser & Photonics Reviews. 14 (7)， 2070042， (2020).

3. Y. Wan， C. Xiang， J. Guo， R. Koscica， MJ Kennedy， J. Selvidge， Z. Zhang， L. Chang， W. Xie， D.Huang， A. C. Gossard， and J. E. Bowers*，High speed evanescent quantum-dot lasers on Si， Laser & Photonics Reviews 2100057， (2021).

4. Dong， B.， Wan， Y. *， Chow， W.W. et al. Turnkey locking of quantum-dot lasers directly grown on Si. Nature Photonics 18， 669–676 (2024).

5. Z. Zhou， X. Ou， Y. Fang， E. Alkhazraji， R. Xu， Y. Wan*， J. E. Bowers*，Prospects and applications of on-chip lasers， elight 3 (1)， 1-25， (2023).

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