浦项科技大学的研究团队近日成功开发出一种超精细3D打印技术，能够直接在半导体基底上制造垂直排列的纳米激光器。

此项研究成果已发表在《ACS Nano》杂志上。

该技术旨在实现光学元件的高密度排布，以应用于未来面向计算、通信和显示技术的光学集成电路。



这项研究由该校机械工程系的Ji Tae Kim教授、Junsuk Rho与第一作者Shiqi Hu共同领导。

传统的半导体制造方法，如光刻，在纳米激光器的制造上面临几何形状和放置灵活性有限的问题，且工艺昂贵复杂。



水平构型的片上激光器会占用基板表面积，并可能导致光损耗，从而限制光学集成电路的器件密度和效率。



浦项科大的团队为解决这些限制，开发了一种超精细电流体动力3D打印工艺。

该工艺能以阿升级的分辨率沉积材料，通过电压控制纳米级墨滴的喷射和放置，实现无需减材构图步骤的直写制造。



研究人员使用具有强发光特性的钙钛矿半导体材料，直接打印出垂直定向的柱状纳米结构。

形成的垂直纳米激光器尺寸远小于一根人的头发。



研究团队将打印过程与气相结晶控制相结合，制备出了表面光滑、接近单晶排列的纳米结构，这减少了光学散射和损耗，实现了更高效的稳定激光运作。



此外，通过调整打印纳米结构的高度，研究人员还成功实现了纳米激光器发射波长的控制，从而调节其发射颜色。



利用这一能力，研究团队创建了基于激光的安全图案。这些图案在正常观察条件下不可见，只能通过专用的光学设备检测。



据研究人员称，这种能够高密度直接制造垂直纳米激光器的能力，可以简化半导体芯片上光学元件的集成。

该技术有望为未来光学计算和安全相关光子器件的发展提供支持。



近期，其他研究也探讨了增材制造的光子系统如何支持下一代光学计算和信号处理。

特别是在传统半导体制造限制设计自由度的领域，增材制造技术展现出潜力。



有研究考察了使用3D打印光致变色材料来实现全光信息处理、光控开关和可重构光子功能。

另一些工作则回顾了3D打印光子架构如何实现对光学元件的几何形状、材料成分和空间排布的更佳控制。



这些研究为更紧凑和面向特定应用的器件设计提供了支持。

在此背景下，垂直纳米激光器架构代表了提高元件密度同时减少与平面布局相关光损耗的一种有效途径。