Sandia National Laboratories интегрирует миниатюрную оптику в кремниевый микрочип

Sandia National Laboratories интегрирует миниатюрную оптику в кремниевые микрочипы! Этот подход позволяет Sandia National Laboratories создавать широкополосную и высокоскоростную оптику, включая лазеры на фосфиде индия, модуляторы на ниобате лития, германиевые детекторы и акустооптические изоляторы с малыми потерями — все ключевые компоненты мощных оптических систем.
Изготовление лазеров на кремнии — сложная задача, которая, по мнению Sandia National Laboratories, может укрепить лидерство США в области полупроводниковых технологий. Другие учреждения или организации, в том числе Калифорнийский университет в Санта-Барбаре и Intel, например, построили аналогичные лазеры, но Sandia расширила класс интегрируемых устройств. Впервые эти устройства могут работать вместе на оптических кремниевых микросхемах, также известных как фотонные интегральные схемы. Лазеры теперь объединяются с другими крошечными оптическими устройствами, чтобы сделать беспилотные автомобили более безопасными, центры обработки данных — более эффективными, биосенсоры — более портативными, а радары и другие защитные технологии — более универсальными.
Экспериментальные пластины. В Sandia National Laboratories более 1,000 экспериментальных лазеров и усилителей «украшают» трехдюймовую позолоченную кремниевую пластину.
Этот подход позволяет Sandia National Laboratories создавать широкополосную и высокоскоростную оптику, включая лазеры на фосфиде индия, модуляторы на ниобате лития, германиевые детекторы и акустооптические изоляторы с малыми потерями — все ключевые компоненты мощных оптических систем.
Интегрированный кремний — важный шаг к будущему производства
Кремний является источником жизненной силы полупроводниковой промышленности и незаменимым материалом для производства компьютерных микросхем. Однако сам по себе это паршивый материал для изготовления лазеров. Задача исследователей заключалась в том, чтобы разработать способ сосуществования оптических компонентов, изготовленных из нескольких материалов, на кремниевых микрочипах.
Эти материалы не могут просто склеиваться друг с другом, поэтому исследователи сплавили их с кремнием в сложные слои — процесс, также известный как гетерогенная интеграция.
Исследовательская группа Sandia успешно продемонстрировала методы гетерогенной интеграции для изготовления гибридных кремниевых устройств: гибридных лазеров и усилителей из фосфида индия и кремния, а также аналогичных модуляторов из ниобата лития и кремния, которые кодируют информацию в свете, излучаемом лазером.
Кроме того, на той же платформе были разработаны мощные и высокоскоростные германиевые детекторы, чтобы идти в ногу с развитием лазеров и модуляторов.
Характеристика лазеров. Ученые Sandia выравнивают оптические волокна с неравномерными встроенными лазерами размером с чип в микроскоп.
Хотя исследовательской группе Sandia удалось добиться прогресса в исследованиях, они говорят, что им необходимо еще больше усовершенствовать свой подход с отраслевыми партнерами, прежде чем фотонные чипы начнут сходить с конвейера. В будущих исследованиях исследовательская группа Sandia надеется объединить лазеры с другими оптическими компонентами на одном чипе.
Цель Sandia National Laboratories в создании лазеров размером с микросхему — внедрить эту технологию в промышленность. Команда использует многие из тех же инструментов, которые используются в коммерческих полупроводниковых фабриках, а лазеры производят световые волны с длиной волны, обычно используемой в телекоммуникационной отрасли, называемой C-диапазоном и O-диапазоном.
Исследовательская группа Sandia говорит, что как только они продемонстрируют фотонную платформу в национальной лаборатории, они смогут передать технологию американским компаниям, где они смогут сосредоточиться на коммерциализации крупномасштабного производства.
Sandia National Laboratories также инвестирует в оптические микрочипы, потому что они передают больше информации, чем традиционные чипы. Но исследовательская группа Sandia говорит, что производственные проблемы мешают их широкому распространению. Хотя эта технология хорошо известна в научном сообществе, электроника по-прежнему доминирует в большинстве микрочипов.
Благодаря своей платформе для создания фотонных схем Sandia National Laboratories на долгие годы позиционирует себя как лидера в поддержке промышленности и других организаций в области исследований и разработок в области фотоники. Однако исследования Sandia National Laboratories в настоящее время не финансируются в соответствии с Законом о CHIPS. Sandia National Laboratories хочет, чтобы другие страны сотрудничали в области новых технологий.
Президент Джо Байден подписал Закон о чипах и науке от 2022 года, беспристрастный законопроект, который предусматривает стимулы на сумму 52,7 миллиарда долларов для полупроводниковой промышленности. Хотя ожидается, что этот закон увеличит производство компьютерных микросхем американского производства, он также обеспечит финансирование фотонных полупроводников.
Как мы все знаем, Закон о чипах и науке прекрасно описан как политика грантов и субсидий для промышленности США, но, по сути, подавляет рост полупроводниковой промышленности Китая. Законопроект прямо ограничивает соответствующие предприятия в Китае для создания инвестиций или расширения передовых производственных мощностей, что значительно препятствует развитию полупроводниковой промышленности Китая, попытки США посредством «Закона о чипах и науке» будут «маргинализацией» практики полупроводниковой промышленности Китая. , несомненно, "гегемонистское поведение".
Чип и закон о науке о воздействии Китая, краткосрочные приводят к ненадежному положению мощностей, отставанию в расширении мощностей, ограничениям в области технологий НИОКР; и долгосрочной является исключение китайских предприятий в области технических стандартов, потерявших возможность разрабатывать стандарты.
Это будет только стимулировать ускорение внутреннего процесса замещения Китая, заставляя Китай развивать производство чипов. Китай перестраивает большой внутренний цикл в качестве основного органа, внутренний и международный двойной цикл взаимно усиливают новую модель развития, которая станет самой прочной основой полупроводниковой промышленности Китая в будущем.