Sandia National Laboratories integruje miniatúrnu optiku na silikónovom mikročipe

Sandia National Laboratories integruje miniatúrnu optiku na kremíkové mikročipy! Tento prístup umožňuje Sandia National Laboratories stavať vysokorýchlostnú optiku s veľkou šírkou pásma, vrátane indium fosfidových laserov, modulátorov lítium-niobátu, germánových detektorov a nízkostratových akusticko-optických izolátorov – všetkých kľúčových komponentov vysokovýkonných optických systémov.
Výroba laserov na kremíku je náročný výkon, o ktorom sa Sandia National Laboratories domnieva, že by mohol rozšíriť vedúce postavenie USA v oblasti polovodičových technológií. Iné inštitúcie alebo organizácie, vrátane napríklad UC Santa Barbara a Intel, postavili podobné lasery, ale Sandia rozšírila triedu integrovateľných zariadení. Po prvýkrát môžu tieto zariadenia spolupracovať na optických kremíkových mikročipoch, známych aj ako fotonické integrované obvody. Lasery sa teraz kombinujú s ďalšími malými optickými zariadeniami, aby boli autá s vlastným pohonom bezpečnejšie, dátové centrá efektívnejšie, biosenzory prenosnejšie a radarové a iné obranné technológie všestrannejšie.
Experimentálne doštičky – V Sandia National Laboratories viac ako 1,{2}} experimentálnych laserov a zosilňovačov „zdobí“ trojpalcový pozlátený kremíkový plátok.
Tento prístup umožňuje Sandia National Laboratories stavať vysokorýchlostnú optiku s veľkou šírkou pásma, vrátane indium fosfidových laserov, modulátorov lítium-niobátu, germánových detektorov a nízkostratových akusticko-optických izolátorov – všetkých kľúčových komponentov vysokovýkonných optických systémov.
Integrovaný kremík je kritickým krokom smerom k budúcnosti výroby
Kremík je miazgou polovodičového priemyslu a základným materiálom na výrobu počítačových čipov. Samo o sebe je to však mizerný materiál na výrobu laserov. Výzvou pre výskumníkov bolo vymyslieť spôsob, ako by optické komponenty vyrobené z viacerých materiálov mohli koexistovať na kremíkových mikročipoch.
Tieto materiály sa nemôžu jednoducho držať spolu, takže výskumníci ich spojili s kremíkom do zložitých vrstiev, čo je proces známy aj ako heterogénna integrácia.
Výskumný tím Sandia úspešne demonštroval heterogénne integračné techniky na výrobu hybridných kremíkových zariadení: hybridné lasery a zosilňovače vyrobené z fosfidu india a kremíka a podobné modulátory vyrobené z niobátu lítneho a kremíka, ktoré kódujú informácie vo svetle produkovanom laserom.
Okrem toho boli na rovnakej platforme vyvinuté vysokovýkonné a vysokorýchlostné germániové detektory, aby držali krok s vývojom laserov a modulátorov.
Charakterizujúce lasery – vedci zo Sandie zarovnávajú optické vlákna s nerovnomernými integrovanými lasermi v mierke čipov pod mikroskopom.
Aj keď sa výskumnému tímu Sandia podarilo dosiahnuť pokrok vo výskume, tvrdia, že musia ešte viac vylepšiť svoj prístup s priemyselnými partnermi, kým sa fotonické čipy začnú sťahovať z montážnej linky. V budúcom výskume výskumný tím Sandia dúfa, že spojí lasery s inými optickými komponentmi na jednom čipe.
Cieľom spoločnosti Sandia National Laboratories pri budovaní laserov na báze čipov je preniesť túto technológiu do priemyslu. Tím používa mnoho rovnakých nástrojov používaných v komerčných polovodičových továrňach a lasery produkujú vlnové dĺžky svetla, ktoré sa zvyčajne používajú v telekomunikačnom priemysle nazývané C-band a O-band.
Výskumný tím Sandie hovorí, že keď predvedú fotonickú platformu v národnom laboratóriu, môžu technológiu odovzdať americkým spoločnostiam, kde sa môžu zamerať na komercializáciu výroby vo väčšom meradle.
Sandia National Laboratories tiež investuje do optických mikročipov, pretože prenášajú viac informácií ako tradičné čipy. Výskumný tím Sandia však tvrdí, že výrobné problémy bránia ich širokému prijatiu. Aj keď je táto technológia vo vedeckej komunite dobre známa, na väčšine mikročipov stále dominuje elektronika.
Vďaka svojej platforme na budovanie fotonických obvodov sa Sandia National Laboratories v nadchádzajúcich rokoch umiestnila ako líder v podpore priemyslu a iných organizácií v oblasti výskumu a vývoja fotoniky. Výskum Sandia National Laboratories však v súčasnosti nie je financovaný podľa zákona o CHIPS. Sandia National Laboratories chce, aby ďalšie krajiny spolupracovali na nových technológiách.
Prezident Joe Biden podpísal zákon o CHIPS a vede z roku 2022, nestranný zákon, ktorý poskytuje polovodičovému priemyslu stimuly vo výške 52,7 miliardy dolárov. Hoci sa očakáva, že táto legislatíva zvýši výrobu počítačových čipov vyrobených v USA, poskytne financovanie aj pre fotonické polovodiče.
Ako všetci vieme, Chip and Science Act je krásne opísaný ako politika grantov a dotácií pre americký priemysel, ale v podstate potláča rast čínskeho polovodičového priemyslu. Návrh zákona výslovne obmedzuje príslušné podniky v Číne na budovanie investícií alebo rozširovanie pokročilých výrobných fabrík, čo výrazne bráni rozvoju čínskeho polovodičového priemyslu, pokusy USA prostredníctvom „zákona o čipoch a vede“ budú čínskym polovodičovým priemyslom „marginalizovať“ túto prax. , nepochybne „hegemonické správanie“.
Chip and Science Act o vplyve Číny, krátkodobé vedenie k neistým dodávkam kapacity, oneskoreniu rozširovania kapacity, obmedzeniam technologického výskumu a vývoja; a dlhodobo je vylúčiť čínske podniky v oblasti technických noriem, stratili možnosť vytvárať normy.
To bude len stimulovať zrýchlenie domáceho procesu substitúcie v Číne, čo prinúti Čínu rozvíjať čipový priemysel. Čína prebudováva veľký domáci cyklus ako hlavný orgán, domáci a medzinárodný dvojcyklový vzájomne sa posilňujúci nový vývojový model, ktorý bude budúcnosťou najrobustnejšej základne čínskeho polovodičového priemyslu.