Sandia National Laboratories integrerer miniatureoptik på siliciummikrochip

Sandia National Laboratories integrerer miniatureoptik på siliciummikrochips! Denne tilgang gør det muligt for Sandia National Laboratories at bygge højbånds- og højhastighedsoptik, herunder indiumphosphidlasere, lithiumniobatmodulatorer, germaniumdetektorer og akusto-optiske isolatorer med lavt tab - alle nøglekomponenter i optiske systemer med høj effekt.
Fremstilling af lasere på silicium er en udfordrende bedrift, som Sandia National Laboratories mener kan udvide USA's lederskab inden for halvlederteknologi. Andre institutioner eller organisationer, herunder UC Santa Barbara og Intel, for eksempel, har bygget lignende lasere, men Sandia har udvidet klassen af ​​integrerbare enheder. For første gang kan disse enheder arbejde sammen på optiske siliciummikrochips, også kendt som fotoniske integrerede kredsløb. Lasere bliver nu kombineret med andre små optiske enheder for at gøre selvkørende biler mere sikre, datacentre mere effektive, biosensorer mere bærbare og radar og andre forsvarsteknologier mere alsidige.
Eksperimentelle wafere - Hos Sandia National Laboratories "pryder" mere end 1,000 eksperimentelle lasere og forstærkere en tre-tommer guldbelagt siliciumwafer.
Denne tilgang gør det muligt for Sandia National Laboratories at bygge højbånds- og højhastighedsoptik, herunder indiumphosphidlasere, lithiumniobatmodulatorer, germaniumdetektorer og akusto-optiske isolatorer med lavt tab - alle nøglekomponenter i optiske systemer med høj effekt.
Integreret silicium er et kritisk skridt mod fremtidens produktion
Silicium er livsnerven i halvlederindustrien og et væsentligt materiale til fremstilling af computerchips. I sig selv er det dog et elendigt materiale til at lave lasere. Udfordringen for forskerne var at udtænke en måde, hvorpå optiske komponenter lavet af flere materialer kan eksistere side om side på siliciummikrochips.
Disse materialer kan ikke bare hænge sammen, så forskerne smeltede dem sammen med silicium til komplekse lag, en proces også kendt som heterogen integration.
Sandia-forskerholdet har med succes demonstreret heterogene integrationsteknikker til fremstilling af hybrid siliciumenheder: hybridlasere og forstærkere lavet af indiumphosphid og silicium og lignende modulatorer lavet af lithiumniobat og silicium, som koder information i lyset produceret af laseren.
Derudover er der under samme platform udviklet højeffekt- og højhastighedsgermaniumdetektorer for at følge med udviklingen af ​​lasere og modulatorer.
Karakteriserende lasere-Sandia-forskere justerer optiske fibre med chip-skala, ikke-ensartede integrerede lasere under et mikroskop.
Mens Sandia-forskerholdet har haft succes med at gøre forskningsfremskridt, siger de, at de er nødt til at forfine deres tilgang yderligere med industripartnere, før fotoniske chips begynder at rulle af samlebåndet. I fremtidig forskning håber Sandia-forskerholdet at kombinere lasere med andre optiske komponenter på en enkelt chip.
Sandia National Laboratories' mål med at bygge lasere i chipskala er at oversætte teknologien til industrien. Holdet bruger mange af de samme værktøjer, der bruges i kommercielle halvlederfabrikater, og laserne producerer bølgelængder af lys, der typisk bruges i telekommunikationsindustrien kaldet C-bånd og O-bånd.
Sandia-forskerholdet siger, at når de først har demonstreret den fotoniske platform på det nationale laboratorium, kan de videregive teknologien til amerikanske virksomheder, hvor de kan fokusere på at kommercialisere produktion i større skala.
Sandia National Laboratories investerer også i optiske mikrochips, fordi de transmitterer mere information end traditionelle chips. Men Sandia-forskerholdet siger, at produktionsudfordringer forhindrer deres udbredte adoption. Mens teknologien er velkendt i det videnskabelige samfund, dominerer elektronik stadig på de fleste mikrochips.
Sandia National Laboratories har med sin platform til at bygge fotoniske kredsløb positioneret sig selv som førende i at støtte industri og andre organisationer inden for fotonikforskning og -udvikling i de kommende år. Sandia National Laboratories' forskning er dog ikke i øjeblikket finansieret under CHIPS-loven. Sandia National Laboratories ønsker, at andre lande samarbejder om nye teknologier.
Præsident Joe Biden underskrev CHIPS and Science Act af 2022, et ikke-partipolitisk lovforslag, der giver 52,7 milliarder dollars i incitamenter til halvlederindustrien. Selvom denne lovgivning forventes at øge produktionen af ​​USA-fremstillede computerchips, vil den også give finansiering til fotoniske halvledere.
Som vi alle ved, er Chip and Science Act smukt beskrevet som en politik med tilskud og subsidier til amerikansk industri, men undertrykker i det væsentlige væksten i Kinas halvlederindustri. Lovforslaget begrænser eksplicit de relevante virksomheder i Kina til at bygge investeringer eller udvidelse af avanceret fremstilling fab, i høj grad hindrer udviklingen af ​​Kinas halvlederindustri, USA's forsøg gennem "Chip and Science Act" vil være Kinas halvlederindustri "marginalisering" af praksis , utvivlsomt "hegemonisk adfærd".
Chip og Science Act om Kinas indvirkning, på kort sigt føre til usikker levering af kapacitet, kapacitetsudvidelse forsinkelse, teknologi F & U-begrænsninger; og langsigtet er at udelukke kinesiske virksomheder inden for tekniske standarder, mistede muligheden for at udvikle standarder.
Dette vil kun stimulere accelerationen af ​​Kinas indenlandske substitutionsproces, hvilket tvinger Kina til at udvikle chipindustrien. Kina er ved at genopbygge en stor indenlandsk cyklus som hovedorganet, den indenlandske og internationale dual-cycle gensidigt forstærkende nye udviklingsmønster, som vil være fremtiden for Kinas halvlederindustris mest robuste fundament.