Sandia National Laboratories integrira miniaturno optiko na silicijevem mikročipu

Sandia National Laboratories integrira miniaturno optiko na silicijeve mikročipe! Ta pristop omogoča nacionalnim laboratorijem Sandia, da izdelajo optiko z visoko pasovno širino in visoko hitrostjo, vključno z laserji z indijevim fosfidom, modulatorji litijevega niobata, detektorji germanija in akustično-optičnimi izolatorji z majhnimi izgubami – vse ključne komponente visokozmogljivih optičnih sistemov.
Izdelava laserjev na siliciju je zahteven podvig, za katerega Sandia National Laboratories verjame, da bi lahko razširil vodilni položaj ZDA na področju polprevodniške tehnologije. Druge ustanove ali organizacije, vključno z UC Santa Barbara in Intel, so na primer zgradile podobne laserje, vendar je Sandia razširila razred integrabilnih naprav. Prvič lahko te naprave delujejo skupaj na optičnih silicijevih mikročipih, znanih tudi kot fotonska integrirana vezja. Laserji se zdaj kombinirajo z drugimi majhnimi optičnimi napravami, da bi samovozeči avtomobili postali varnejši, podatkovni centri učinkovitejši, biosenzorji bolj prenosljivi, radar in druge obrambne tehnologije pa bolj vsestranske.
Eksperimentalne rezine – V Sandia National Laboratories več kot 1000 eksperimentalni laserji in ojačevalniki "krasijo" 3-palčno pozlačeno silikonsko rezino.
Ta pristop omogoča nacionalnim laboratorijem Sandia, da izdelajo optiko z visoko pasovno širino in visoko hitrostjo, vključno z laserji z indijevim fosfidom, modulatorji litijevega niobata, detektorji germanija in akustično-optičnimi izolatorji z majhnimi izgubami – vse ključne komponente visokozmogljivih optičnih sistemov.
Integrirani silicij je ključni korak v prihodnost proizvodnje
Silicij je življenjska sila industrije polprevodnikov in bistven material za proizvodnjo računalniških čipov. Sama po sebi pa je zanič material za izdelavo laserjev. Izziv za raziskovalce je bil oblikovati način za soobstoj optičnih komponent iz več materialov na silicijevih mikročipih.
Ti materiali se ne morejo preprosto zlepiti skupaj, zato so jih raziskovalci zlili s silicijem v kompleksne plasti, proces, znan tudi kot heterogena integracija.
Raziskovalna skupina Sandia je uspešno prikazala heterogene tehnike integracije za izdelavo hibridnih silicijevih naprav: hibridni laserji in ojačevalniki iz indijevega fosfida in silicija ter podobni modulatorji iz litijevega niobata in silicija, ki kodirajo informacije v svetlobi, ki jo proizvaja laser.
Poleg tega so bili v okviru iste platforme razviti zmogljivi in ​​hitri germanijevi detektorji, da bi sledili razvoju laserjev in modulatorjev.
Označevanje laserjev – znanstveniki Sandia pod mikroskopom usklajujejo optična vlakna z neenotnimi integriranimi laserji v velikosti čipa.
Medtem ko je raziskovalni skupini Sandia uspelo napredovati pri raziskavah, pravijo, da morajo še izboljšati svoj pristop z industrijskimi partnerji, preden začnejo fotonski čipi zahajati s tekočega traku. V prihodnjih raziskavah raziskovalna skupina Sandia upa, da bo združila laserje z drugimi optičnimi komponentami na enem čipu.
Cilj Sandia National Laboratories pri izdelavi laserjev na čipih je prenesti tehnologijo v industrijo. Ekipa uporablja veliko istih orodij, ki se uporabljajo v komercialnih tovarnah polprevodnikov, laserji pa proizvajajo valovne dolžine svetlobe, ki se običajno uporabljajo v telekomunikacijski industriji, imenovane C-band in O-band.
Raziskovalna skupina Sandia pravi, da lahko, ko predstavijo fotonsko platformo v nacionalnem laboratoriju, prenesejo tehnologijo na ameriška podjetja, kjer se lahko osredotočijo na komercializacijo proizvodnje večjega obsega.
Sandia National Laboratories prav tako vlaga v optične mikročipe, ker prenašajo več informacij kot tradicionalni čipi. Toda raziskovalna skupina Sandia pravi, da proizvodni izzivi preprečujejo njihovo široko uporabo. Medtem ko je tehnologija dobro poznana v znanstveni skupnosti, elektronika še vedno prevladuje na večini mikročipov.
S svojo platformo za gradnjo fotonskih vezij se je Sandia National Laboratories v prihodnjih letih postavil kot vodilni v podpori industriji in drugim organizacijam pri raziskavah in razvoju fotonike. Vendar raziskave Sandia National Laboratories trenutno niso financirane v skladu z zakonom CHIPS. Sandia National Laboratories želi, da druge države sodelujejo pri novih tehnologijah.
Predsednik Joe Biden je podpisal zakon o CHIPS in znanosti iz leta 2022, nepristranski zakon, ki zagotavlja 52,7 milijarde dolarjev spodbud za industrijo polprevodnikov. Čeprav naj bi ta zakonodaja povečala proizvodnjo računalniških čipov, izdelanih v ZDA, bo zagotovila tudi sredstva za fotonske polprevodnike.
Kot vsi vemo, je Zakon o čipih in znanosti lepo opisan kot politika nepovratnih sredstev in subvencij za industrijo ZDA, vendar v bistvu zavira rast kitajske industrije polprevodnikov. Predlog zakona izrecno omejuje ustrezna podjetja na Kitajskem pri izgradnji naložb ali širitvi naprednih proizvodnih tovarn, kar močno ovira razvoj kitajske industrije polprevodnikov, poskusi ZDA prek "Zakona o čipih in znanosti" bodo kitajsko industrijo polprevodnikov "marginalizirali" prakso , nedvomno "hegemonsko vedenje".
Zakon o čipih in znanosti o vplivu Kitajske, kratkoročni vzrok za negotovo oskrbo z zmogljivostjo, zaostajanje pri širitvi zmogljivosti, tehnološke omejitve pri raziskavah in razvoju; in dolgoročno je izključitev kitajskih podjetij na področju tehničnih standardov, izgubila priložnost za razvoj standardov.
To bo samo spodbudilo pospešitev kitajskega domačega postopka zamenjave, kar bo Kitajsko prisililo k razvoju industrije čipov. Kitajska obnavlja velik domači cikel kot glavno telo, domači in mednarodni dvojni cikel, ki se medsebojno krepi nov razvojni vzorec, ki bo prihodnost najbolj trdne podlage kitajske industrije polprevodnikov.