میکرو و نانواپتوالکترونیک زیرمجموعه مهمی از فناوریهای فوتونیک بوده که تلفیقی از علوم الکترومغناطیس، فیزیک ماده چگال، و مکانیک کوانتومی است. همچنین از دیدگاه سیستمی، این دانش از شاخه‌های اصلی فناوریهای میکروسیستمی به شمار می‌رود. این فناوری به مطالعه و کاربرد آن دسته از افزاره‌های میکروسیستمی می‌پردازد که به نحوی با تولید، آشکارسازی و کنترل نور در بازه طول موجی فرابنفش تا فروسرخ ارتباط دارند. فناوری میکرواپتوالکترونیک در صنایعی از جمله مخابرات فیبر نوری، مخابرات فضای آزاد، سامانه‌های رهگیری و هدایت لیزری، مبدل‌های انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی، آشکارسازهای نوری، لیزرهای نیمه‌هادی، دیودهای نورگسیل، صفحات نمایشگر موبایل و تلویزیون، حسگرهای نوری و روشنایی مبتنی بر LED کاربردی گسترده دارد. از کشورهای پیشرو در این فناوری می‌توان به ایالات متحده، چین، آلمان، ژاپن، کره جنوبی و کانادا اشاره کرد. علی‌رغم پیشرفت‌های قابل توجه کشور در استفاده از این فناوری و بکارگیری آن در عرصه‌های مختلف، فاصله زیادی تا رسیدن به جایگاه مطلوب وجود دارد. در این پژوهش چالش‌های فناورانه حوزه میکرواپتوالکترونیک در کشور مورد بررسی قرار گرفته است و تلاش شده است تا چالش‌های مادر این حوزه دسته‌بندی و شناسایی شود. به رغم اهمیت بسیار زیاد حوزه میکرواپتوالکترونیک، این فناوری در اولویت‌های (ج) نقشه جامع علمی کشور دسته بندی شده است که این موضوع منجر به عدم برنامه‌ریزی درست در راستای توسعه این فناوری در کشور شده است. بنابراین عدم شناسایی و سرمایه‌گذاری بر روی زیرساخت‌های لازم برای رشد و شکوفایی این فناوری و همچنین مشکلات ناشی از تحریم‌ها در سال‌های گذشته، کشور را از رسیدن به جایگاه مطلوب خود باز داشته است.
برای مطالعه نظام‌مند چالش‌های فناورانه شاخه میکرواپتوالکترونیک در کشور، ابتدا درخت فناوری شاخه میکرواپتوالکترونیک تا اولین سطح فناوری استخراج شده است زیرشاخه‌های اول حوزه میکرواپتوالکترونیک عبارت‌اند از:
- افزاره‌های میکرواپتوالکترونیک
- حسگرهای میکرواپتوالکترونیک
همچنین 58 زیرشاخه آخر و یا فناوری برای حوزه میکرواپتوالکترونیک گزارش شده است. این درخت فناوری به مثابه نقشه راهی برای استخراج و دسته بندی چالش‌های ملی استفاده شده است. در ادامه چالش‌های تخصصی این شاخه پس از استخراج ریشه‌یابی شده‌اند تا درنهایت چالش‌های مادر و یا به عبارتی گلوگاه‌های اصلی شاخه اپتوالکترونیک شناسایی شوند؛ بنابراین با در نظر گرفتن مکانیزم چالش مادر (چالشی که حل شدن آن منجر به حل بسیاری از زیرچالش‌های آن شاخه باشد)، چهار چالش زیر به‌عنوان چالش‌های مادر حوزه میکرواپتوالکترونیک به صورت زیر معرفی‌شده‌اند:
- عدم توانایی اندازه‌گیری دقیق خواص نوری مواد و مشخصه‌یابی لایه‌های نازک
- عدم توانایی ساخت لایه نازک نیمه‌هادی با دقت تک‌لایه اتمی و با خلوص مناسب افزاره‌های اپتوالکترونیک (دستگاه برآرایی باریکه مولکولی یا MBE)
- عدم توانایی انجام مراحل کامل پردازش ویفرهای نیمه‌هادی
- عدم توانایی مشخصه‌یابی الکتریکی و اپتیکی افزاره‌های میکرواپتوالکترونیکی و مدارهای مجتمع فوتونیک (PIC)
در ادامه این گزارش، چالش عدم توانایی ساخت لایه نازک نیمه‌هادی با دقت تک‌لایه اتمی و با خلوص مناسب افزاره‌های اپتوالکترونیک به‌صورت مفصل‌تر و با پاسخ دادن به سه سؤال زیر بررسی شده است:
- دلایل اهمیت این چالش چیست؟
- حل نشدن این چالش چه پیامدهایی برای کشور در پی خواهد داشت؟
- چرا تاکنون این چالش در کشور برطرف نشده است؟
