Sandia National Laboratories integriše minijaturnu optiku na silicijumskom mikročipu

Sandia National Laboratories integriše minijaturnu optiku na silicijumskim mikročipovima! Ovaj pristup omogućava Sandia National Laboratories da izgrade optiku velikog propusnog opsega i velike brzine, uključujući lasere na indijum fosfidu, modulatore litijum niobata, detektore germanijuma i akusto-optičke izolatore sa malim gubicima - sve ključne komponente optičkih sistema velike snage.
Izrada lasera na silicijumu je izazovan podvig za koji Sandia National Laboratories vjeruje da bi mogao proširiti američko vodstvo u tehnologiji poluvodiča. Druge institucije ili organizacije, uključujući UC Santa Barbara i Intel, na primjer, napravile su slične lasere, ali Sandia je proširila klasu integrabilnih uređaja. Po prvi put, ovi uređaji mogu raditi zajedno na optičkim silicijumskim mikročipovima, poznatim i kao fotonska integrirana kola. Laseri se sada kombinuju sa drugim sitnim optičkim uređajima kako bi automobili koji se sami voze bili sigurniji, centri podataka efikasniji, biosenzori prenosiviji, a radarske i druge odbrambene tehnologije svestranije.
Eksperimentalne pločice - U Sandia National Laboratories, više od 1,000 eksperimentalnih lasera i pojačala "krasi" pozlaćenu silikonsku pločicu od tri inča.
Ovaj pristup omogućava Sandia National Laboratories da izgrade optiku velikog propusnog opsega i velike brzine, uključujući lasere na indijum fosfidu, modulatore litijum niobata, detektore germanijuma i akusto-optičke izolatore sa malim gubicima - sve ključne komponente optičkih sistema velike snage.
Integrisani silicijum je kritičan korak ka budućnosti proizvodnje
Silicijum je žila kucavica industrije poluprovodnika i bitan materijal za proizvodnju kompjuterskih čipova. Međutim, sam po sebi je loš materijal za izradu lasera. Izazov za istraživače je bio da osmisle način da optičke komponente napravljene od više materijala koegzistiraju na silicijumskim mikročipovima.
Ovi materijali se ne mogu jednostavno držati zajedno, pa su ih istraživači spojili sa silicijumom u složene slojeve, proces poznat i kao heterogena integracija.
Istraživački tim Sandia uspješno je demonstrirao heterogene tehnike integracije za proizvodnju hibridnih silicijumskih uređaja: hibridnih lasera i pojačala od indijum fosfida i silicijuma, i sličnih modulatora napravljenih od litijum niobata i silicijuma, koji kodiraju informacije u svetlosti koju proizvodi laser.
Osim toga, pod istom platformom, razvijeni su detektori germanija velike snage i velike brzine kako bi se pratio razvoj lasera i modulatora.
Karakteriziranje lasera-Sandia naučnici pod mikroskopom poravnavaju optička vlakna sa neujednačenim integrisanim laserima veličine čipa.
Iako je istraživački tim kompanije Sandia uspio postići napredak u istraživanju, oni kažu da moraju dodatno usavršiti svoj pristup sa industrijskim partnerima prije nego što fotonski čipovi počnu silaziti s proizvodne trake. U budućim istraživanjima, Sandia istraživački tim se nada da će kombinovati lasere sa drugim optičkim komponentama na jednom čipu.
Cilj Sandia National Laboratories u izgradnji lasera veličine čipa je prevođenje tehnologije u industriju. Tim koristi mnoge od istih alata koji se koriste u komercijalnim poluvodičkim fabrikama, a laseri proizvode valne dužine svjetlosti koje se obično koriste u telekomunikacijskoj industriji pod nazivom C-band i O-band.
Istraživački tim Sandia kaže da kada pokažu fotonsku platformu u nacionalnoj laboratoriji, mogu prenijeti tehnologiju američkim kompanijama, gdje se mogu fokusirati na komercijalizaciju proizvodnje većeg obima.
Sandia National Laboratories također ulaže u optičke mikročipove jer prenose više informacija od tradicionalnih čipova. Ali istraživački tim Sandia kaže da izazovi u proizvodnji sprječavaju njihovo široko usvajanje. Iako je tehnologija dobro poznata u naučnoj zajednici, elektronika još uvijek dominira na većini mikročipova.
Sa svojom platformom za izgradnju fotonskih kola, Sandia National Laboratories se pozicionirao kao lider u podršci industriji i drugim organizacijama u istraživanju i razvoju fotonike u godinama koje dolaze. Međutim, istraživanja Sandia National Laboratories trenutno se ne financiraju prema CHIPS zakonu. Sandia National Laboratories želi da druge zemlje sarađuju na novim tehnologijama.
Predsjednik Joe Biden potpisao je Zakon o CHIPS-u i nauci iz 2022. godine, nestranački zakon koji obezbjeđuje 52,7 milijardi dolara poticaja za industriju poluvodiča. Iako se očekuje da će ovaj zakon povećati proizvodnju kompjuterskih čipova proizvedenih u SAD-u, on će također obezbijediti sredstva za fotonske poluvodiče.
Kao što svi znamo, Zakon o čipu i nauci je lijepo opisan kao politika grantova i subvencija za američku industriju, ali u suštini potiskuje rast kineske industrije poluvodiča. Predlog zakona izričito ograničava relevantna preduzeća u Kini da grade investicije ili širenje naprednih proizvodnih fabrika, uveliko ometajući razvoj kineske industrije poluprovodnika, pokušaji SAD-a kroz "Zakon o čipovima i nauci" biće "marginalizacija" prakse kineske industrije poluprovodnika , nesumnjivo "hegemonističko ponašanje".
Zakon o čipu i nauci o uticaju Kine, kratkoročno dovode do nesigurnog snabdevanja kapacitetima, kašnjenja u proširenju kapaciteta, ograničenja u pogledu tehnologije istraživanja i razvoja; a dugoročno je isključiti kineska poduzeća u području tehničkih standarda, izgubila priliku za razvoj standarda.
Ovo će samo stimulirati ubrzanje domaćeg procesa zamjene u Kini, prisiljavajući Kinu da razvije industriju čipova. Kina obnavlja veliki domaći ciklus kao glavno tijelo, domaći i međunarodni dvostruki ciklus koji se međusobno jačaju novi razvojni obrazac, koji će biti budućnost najsnažnijeg temelja kineske industrije poluvodiča.