各校計畫成果

活動簡介

本研究在設計高響應度高速矽基鍺短波紅外光感測器，本期研究主要工作承襲上期高吸收光懸空鍺共振腔設計平台，進行多層介電層鍺元件結構進行理論分析與設計，同時進行元件製程研發推進，成功製作出高速矽基鍺光感測器。

本期理論分析元件設計部分，我們承襲上期鍺整合與二氧化矽/矽週期性多層薄膜結構，重點分析多層薄膜結構導波模態(Guided-mode resonance)共振對光學特性對於光感測性性能影響，我們首先分析薄膜結構內部存在的導波模態(Guided-modes)，藉由相位比配條件(Phase-matching condition)，藉由導播模態的傳播常數計算出耦合模態的表面光柵周期，本研究發現節由選擇不同耦合模態來改變光場局域區域，除了能夠增加光吸收表現到達接近100%吸收，更可以調整光感測器高響應光譜線寬，最窄能夠到達至1 nm光譜，此設計展現出高響應度及自整合光學濾波特性，可被用於整合微型光譜儀未來應用，此部分成果已發表於IEEE Photonics Journal 期刊。

除了理論分析，本期更藉由與台灣國家半導體中心(TSRI)合作，整合設計出完整矽基鍺光感測器製程流，能夠成功磊晶鍺於矽上，並且處做出元件面積30 mm2高速鍺光感測器，元件有鍺薄膜吸收層所組成，下方連結於潛入是矽PIN二極體，元件頻寬可達到1.57 GHz，此初步結果已為未來研究奠基良好基礎，已成功投稿於2025 Prague Photonics 年會，並且指導博士生獲得最佳學生口頭報告獎。

上圖玉山學者劉佳明教授參與中興大學主辦台印半導體與通訊研討會(2024 Taiwan-India Bilateral Symposium on Communications and Semiconductors at NCHU)。

玉山學者劉佳明教授與裴靜偉教授指導博士生於2025 Photonics Prague 發表論文並獲得大會唯一最佳學生論文口頭報告獎(Best Student Paper Award for Talk)

2025 Photonics Prague獎狀。玉山學者劉佳明教授與指導博士生於中興大學合影