Universiteit van Sydney ontwikkelt 'Lego-achtige' opto-elektronische chiparchitectuur

Onlangs hebben onderzoekers van het University of Sydney Nano Institute (USNI) een compacte silicium halfgeleiderchip uitgevonden, waarin elektronische componenten en fotonische componenten met elkaar worden geïntegreerd. Deze nieuwe technologie breidt de radiofrequentiebandbreedte aanzienlijk uit en verbetert het vermogen om de informatie die door het apparaat stroomt nauwkeurig te controleren.
De grotere bandbreedte betekent dat er meer informatie door de chip kan stromen en omvat fotonica voor geavanceerde filtercontrole, waardoor veelzijdige nieuwe halfgeleiderapparaten ontstaan.
De onderzoekers verwachten dat de chip zal worden gebruikt bij de uitrol van geavanceerde radar-, satellietsystemen, draadloze netwerken en 6G- en 7G-telecommunicatie, en de deur opent naar geavanceerde autonome productie. Het zou ook kunnen helpen bij het opzetten van hightech fabrieken met toegevoegde waarde in plaatsen zoals Aerotropolis in West-Sydney.
De chip maakt gebruik van een opkomende siliciumfotonicatechnologie die meerdere systemen kan integreren op halfgeleiders van minder dan 5 millimeter breed. Vice-kanselier professor Ben Eggleton, die leiding gaf aan het onderzoeksteam, vergeleek het met het in elkaar zetten van Lego, waarbij kleine elektronische chips werden gebruikt om nieuwe materialen te integreren via geavanceerde verpakking van componenten.
Onderzoek naar de uitvinding is gepubliceerd in Nature Communications.
Dr. Alvaro Casas Bedoya, associate director van Photonic Integration aan de School of Physics, die leiding gaf aan het chipontwerp, zei dat de unieke benadering van heterogene materiaalintegratie al tien jaar in de maak is.
Het gebruik van overzeese halfgeleidergieterijen om de basischipwafels te vervaardigen, in combinatie met lokale onderzoeksinfrastructuur en productie, was van cruciaal belang voor de ontwikkeling van dergelijke fotonische geïntegreerde schakelingen”, zei hij. Deze architectuur betekent dat Australië zijn eigen interne chipproductie kan ontwikkelen. zonder volledig afhankelijk te hoeven zijn van internationale gieterijen voor processen met toegevoegde waarde."
Professor Eggleton benadrukte dat de meeste items op de lijst van sleuteltechnologieën van nationaal belang van de Australische regering afhankelijk zijn van halfgeleiders. Hij beweerde dat de uitvinding betekent dat het werk van Sydney Nano goed aansluit bij initiatieven zoals het door de NSW-regering gesponsorde Semiconductor Sector Services Bureau (S3B) in Australië, dat tot doel heeft het lokale halfgeleider-ecosysteem te ontwikkelen.
Dr. Nadia Court, directeur van S3B, merkte op: "Dit werk komt overeen met onze missie om halfgeleidertechnologie vooruit te helpen en houdt grote belofte in voor de toekomst van halfgeleiderinnovatie in Australië. Dit resultaat versterkt de lokale sterke punten op het gebied van onderzoek en ontwerp op een kritiek moment van de toegenomen mondiale belangstelling en investeringen in de sector."
Het geïntegreerde circuit is ontworpen in samenwerking met wetenschappers van de Australian National University en gebouwd in een clean room in de kernonderzoeksfaciliteit van het Centre for Nanoscience van de Universiteit van Sydney, een speciaal gebouwde A$150 miljoen (US$100 miljoen / €92 miljoen) gebouw met geavanceerde lithografie- en depositieapparatuur.
De fotonische circuits in de chip, die zullen worden gebruikt om een ​​apparaat te creëren met een afstembare frequentie met een bandbreedte van 15 gigahertz, met een spectrale resolutie tot slechts 37 MHz, minder dan een kwart van de totale bandbreedte, zei professor Eggleton: " Onder leiding van onze promovendus Matthew Garrett is deze uitvinding een microgolf-fotonica en geïntegreerd fotonica-onderzoek dat aanzienlijke vooruitgang boekt."
"Microgolffotonische filters spelen een cruciale rol in moderne communicatie- en radartoepassingen en bieden de flexibiliteit om verschillende frequenties nauwkeurig te filteren, elektromagnetische interferentie te verminderen en de signaalkwaliteit te verbeteren. Onze innovatieve benadering voor het integreren van geavanceerde functionaliteit in halfgeleiderchips, met name de heterogene integratie van zwavel- gebaseerd glas met silicium heeft het potentieel om het lokale halfgeleiderlandschap opnieuw vorm te geven."
Co-auteur en senior onderzoeker Dr. Moritz Merklein zei: "Dit werk maakt de weg vrij voor een nieuwe generatie compacte RF-fotonische filters met hoge resolutie en breedbandfrequentieafstemming, wat vooral gunstig is voor RF-communicatie in de lucht en in de ruimte, waardoor mogelijkheden voor verbeterde communicatie en detectiemogelijkheden."