量子光電專題中心

量子光電元件，包含單光子光源與單光子偵測器，結合操控光子的光量子晶片，是量子通訊以及光量子運算的關鍵元件與技術。本計畫擬開發之關鍵技術包含：（1）通訊波段高效率單光子光源；（2）紅外線超導體單光子偵測器；（3）量子光電晶片。本計畫擬透過光學共振腔設計，理論模擬計算最佳結構，提升單光子光源與偵測器的效率，達到更高的光子不可分變性，提升糾纏光子對保真度，優化單光子偵測靈敏度與響應速度。開發量子光電晶片技術，整合單光子光源與偵測器，達成光量子態控制與讀取。此外，本計畫也將透過新材料研發(SiO₂/SiN、hBN、SiC)，開發通訊波段室溫操作的單光子光源。

二維材料在新世代電子元件與光電元件具有廣泛的應用，但也存在許多瓶頸。本團隊已具備開發高效能二維電晶體技術，包含以少數層MoS₂為通道材料，在小線寬並搭配鈍化層的元件可達100 μA/μm 汲極電流以及>100 cm²·V⁻¹·s⁻¹的載子遷移率。基於過去累積的元件技術，本計畫將進一步開發WSe₂電晶體元件技術。由於環境對WSe₂材料影響較為顯著，元件效能仍待提升。本計畫將透過改善材料品質與優化製程，目標實現場效遷移率達10 cm²·V⁻¹·s⁻¹的WSe₂電晶體。在光電元件方面，本團隊已開發出大面積多層MoS₂薄膜成長技術作為光吸收層，並以單層石墨烯作為載子傳輸層，實現具備高響應度與短響應時間的光偵測器。本年度目標擬將二維材料與傳統半導體整合，開發異質維度光偵測器，透過二維材料短載子遷移時間以及傳統半導體的多樣能隙範圍，在室溫下實現長波長光偵測。此外，二維材料具有超快載子反應速度，搭配其原子層厚度可應用於積體光學晶片中之高速光調變元件。本計畫擬將二維材料與微型光學奈米共振腔結合，使激子和共振腔耦合，並透過外加電壓調控共振腔發光強度，實現高速二維半導體光調變元件，應用於未來積體光學晶片與量子光電晶片。