Sandia National Laboratories integreert miniatuuroptiek op siliciummicrochip

Sandia National Laboratories integreert miniatuuroptiek op siliciummicrochips! Dankzij deze aanpak kan Sandia National Laboratories high-bandwidth, high-speed optica bouwen, waaronder indiumfosfidelasers, lithiumniobaatmodulatoren, germaniumdetectoren en akoestisch-optische isolatoren met laag verlies - allemaal belangrijke componenten van krachtige optische systemen.
Het fabriceren van lasers op silicium is een uitdagende prestatie die volgens Sandia National Laboratories het leiderschap van de VS op het gebied van halfgeleidertechnologie zou kunnen vergroten. Andere instellingen of organisaties, waaronder bijvoorbeeld UC Santa Barbara en Intel, hebben vergelijkbare lasers gebouwd, maar Sandia heeft de klasse van integreerbare apparaten uitgebreid. Voor het eerst kunnen deze apparaten samenwerken op optische microchips van silicium, ook wel fotonische geïntegreerde schakelingen genoemd. Lasers worden nu gecombineerd met andere kleine optische apparaten om zelfrijdende auto's veiliger te maken, datacenters efficiënter, biosensoren draagbaarder en radar en andere verdedigingstechnologieën veelzijdiger.
Experimentele wafels - Bij Sandia National Laboratories 'sieren' meer dan 1,000 experimentele lasers en versterkers een vergulde siliciumwafel van 7,5 cm.
Dankzij deze aanpak kan Sandia National Laboratories high-bandwidth, high-speed optica bouwen, waaronder indiumfosfidelasers, lithiumniobaatmodulatoren, germaniumdetectoren en akoestisch-optische isolatoren met laag verlies - allemaal belangrijke componenten van krachtige optische systemen.
Geïntegreerd silicium is een cruciale stap op weg naar de toekomst van productie
Silicium is de levensader van de halfgeleiderindustrie en een essentieel materiaal voor de vervaardiging van computerchips. Op zichzelf is het echter een waardeloos materiaal om lasers van te maken. De uitdaging voor de onderzoekers was om een ​​manier te bedenken waarop optische componenten gemaakt van meerdere materialen naast elkaar kunnen bestaan ​​op silicium microchips.
Deze materialen kunnen niet zomaar aan elkaar plakken, dus fuseerden de onderzoekers ze met silicium tot complexe lagen, een proces dat ook wel bekend staat als heterogene integratie.
Het Sandia-onderzoeksteam heeft met succes heterogene integratietechnieken gedemonstreerd om hybride siliciumapparaten te fabriceren: hybride lasers en versterkers gemaakt van indiumfosfide en silicium, en vergelijkbare modulatoren gemaakt van lithiumniobaat en silicium, die informatie coderen in het licht dat door de laser wordt geproduceerd.
Bovendien zijn onder hetzelfde platform krachtige en snelle germaniumdetectoren ontwikkeld om gelijke tred te houden met de ontwikkeling van lasers en modulatoren.
Kenmerkende lasers-Sandia-wetenschappers richten optische vezels uit met niet-uniforme geïntegreerde lasers op chipschaal onder een microscoop.
Hoewel het Sandia-onderzoeksteam erin is geslaagd vooruitgang te boeken in het onderzoek, zeggen ze dat ze hun aanpak met industriële partners verder moeten verfijnen voordat fotonische chips van de lopende band rollen. In toekomstig onderzoek hoopt het Sandia-onderzoeksteam lasers te combineren met andere optische componenten op één enkele chip.
Het doel van Sandia National Laboratories bij het bouwen van lasers op chipschaal is om de technologie te vertalen naar de industrie. Het team gebruikt veel van dezelfde tools die worden gebruikt in commerciële halfgeleiderfabrieken, en de lasers produceren golflengten van licht die typisch worden gebruikt in de telecommunicatie-industrie, de zogenaamde C-band en O-band.
Het Sandia-onderzoeksteam zegt dat ze, zodra ze het fotonische platform in het nationale laboratorium hebben gedemonstreerd, de technologie kunnen doorgeven aan Amerikaanse bedrijven, waar ze zich kunnen concentreren op het commercialiseren van productie op grotere schaal.
Sandia National Laboratories investeert ook in optische microchips omdat deze meer informatie doorgeven dan traditionele chips. Maar het Sandia-onderzoeksteam zegt dat productie-uitdagingen de brede acceptatie ervan in de weg staan. Hoewel de technologie goed bekend is in de wetenschappelijke gemeenschap, domineert elektronica nog steeds op de meeste microchips.
Met zijn platform voor het bouwen van fotonische circuits heeft Sandia National Laboratories zich gepositioneerd als een leider in het ondersteunen van de industrie en andere organisaties in onderzoek en ontwikkeling op het gebied van fotonica voor de komende jaren. Het onderzoek van Sandia National Laboratories wordt momenteel echter niet gefinancierd onder de CHIPS-wet. Sandia National Laboratories wil dat andere landen gaan samenwerken aan nieuwe technologieën.
President Joe Biden ondertekende de CHIPS and Science Act van 2022, een onpartijdig wetsvoorstel dat 52,7 miljard dollar aan stimulansen biedt voor de halfgeleiderindustrie. Hoewel deze wetgeving naar verwachting de productie van in de VS gemaakte computerchips zal verhogen, zal het ook financiering verschaffen voor fotonische halfgeleiders.
Zoals we allemaal weten, wordt de Chip and Science Act prachtig beschreven als een beleid van toelagen en subsidies voor de Amerikaanse industrie, maar onderdrukt in wezen de groei van de Chinese halfgeleiderindustrie. Het wetsvoorstel beperkt expliciet de relevante ondernemingen in China om investeringen of uitbreiding van geavanceerde productiefab op te bouwen, wat de ontwikkeling van de Chinese halfgeleiderindustrie sterk belemmert. De pogingen van de VS door de "Chip and Science Act" zullen de Chinese halfgeleiderindustrie "marginalisering" van de praktijk zijn , ongetwijfeld "hegemonisch gedrag".
Chip and Science Act over de impact van China, op korte termijn leiden tot onzekere levering van capaciteit, capaciteitsuitbreiding lag, technologische R & D-beperkingen; en op de lange termijn is het uitsluiten van Chinese ondernemingen op het gebied van technische normen, de kans verloren om normen te ontwikkelen.
Dit zal de versnelling van China's binnenlandse vervangingsproces alleen maar stimuleren, waardoor China gedwongen wordt de chipindustrie te ontwikkelen. China herbouwt een grote binnenlandse cyclus als het belangrijkste orgaan, de binnenlandse en internationale dual-cycle die elkaar wederzijds versterkend nieuw ontwikkelingspatroon, dat de toekomst zal zijn van de meest robuuste basis van de Chinese halfgeleiderindustrie.