Sandia National Laboratories integrerer miniatyroptikk på silisiummikrobrikke

Sandia National Laboratories integrerer miniatyroptikk på silisiummikrobrikker! Denne tilnærmingen gjør det mulig for Sandia National Laboratories å bygge høybåndbredde, høyhastighetsoptikk, inkludert indiumfosfidlasere, litiumniobatmodulatorer, germaniumdetektorer og akusto-optiske isolatorer med lavt tap - alle nøkkelkomponenter i optiske systemer med høy effekt.
Å lage lasere på silisium er en utfordrende bragd som Sandia National Laboratories mener kan utvide USAs lederskap innen halvlederteknologi. Andre institusjoner eller organisasjoner, inkludert UC Santa Barbara og Intel, for eksempel, har bygget lignende lasere, men Sandia har utvidet klassen av integrerbare enheter. For første gang kan disse enhetene fungere sammen på optiske silisiummikrobrikker, også kjent som fotoniske integrerte kretser. Lasere blir nå kombinert med andre bittesmå optiske enheter for å gjøre selvkjørende biler tryggere, datasentre mer effektive, biosensorer mer bærbare og radar og andre forsvarsteknologier mer allsidige.
Eksperimentelle wafere - Hos Sandia National Laboratories "pryder" mer enn 1,000 eksperimentelle lasere og forsterkere en tre-tommers gullbelagt silisiumplate.
Denne tilnærmingen gjør det mulig for Sandia National Laboratories å bygge høybåndbredde, høyhastighetsoptikk, inkludert indiumfosfidlasere, litiumniobatmodulatorer, germaniumdetektorer og akusto-optiske isolatorer med lavt tap - alle nøkkelkomponenter i optiske systemer med høy effekt.
Integrert silisium er et kritisk skritt mot fremtidens produksjon
Silisium er livsnerven i halvlederindustrien og et essensielt materiale for produksjon av databrikker. I seg selv er det imidlertid et elendig materiale for å lage lasere. Utfordringen for forskerne var å finne en måte for optiske komponenter laget av flere materialer å sameksistere på silisiummikrobrikker.
Disse materialene kan ikke bare henge sammen, så forskerne smeltet dem sammen med silisium til komplekse lag, en prosess også kjent som heterogen integrasjon.
Sandia-forskerteamet demonstrerte med suksess heterogene integrasjonsteknikker for å fremstille hybridsilisiumenheter: hybridlasere og forsterkere laget av indiumfosfid og silisium, og lignende modulatorer laget av litiumniobat og silisium, som koder informasjon i lyset produsert av laseren.
I tillegg, under samme plattform, er det utviklet høyeffekt- og høyhastighets germaniumdetektorer for å holde tritt med utviklingen av lasere og modulatorer.
Karakteriserende lasere-Sandia-forskere justerer optiske fibre med brikkeskala, ikke-ensartede integrerte lasere under et mikroskop.
Mens Sandia-forskerteamet har lykkes med å gjøre forskningsfremskritt, sier de at de må forbedre sin tilnærming med industripartnere ytterligere før fotoniske brikker begynner å rulle av samlebåndet. I fremtidig forskning håper Sandia-forskerteamet å kombinere lasere med andre optiske komponenter på en enkelt brikke.
Sandia National Laboratories mål med å bygge lasere i brikkeskala er å oversette teknologien til industrien. Teamet bruker mange av de samme verktøyene som brukes i kommersielle halvlederfabrikker, og laserne produserer bølgelengder av lys som vanligvis brukes i telekommunikasjonsindustrien, kalt C-bånd og O-bånd.
Sandia-forskerteamet sier at når de først har demonstrert den fotoniske plattformen på det nasjonale laboratoriet, kan de gi teknologien videre til amerikanske selskaper, hvor de kan fokusere på kommersialisering av større produksjon.
Sandia National Laboratories investerer også i optiske mikrobrikker fordi de overfører mer informasjon enn tradisjonelle brikker. Men Sandia-forskerteamet sier at produksjonsutfordringer hindrer deres utbredte adopsjon. Mens teknologien er godt kjent i det vitenskapelige miljøet, dominerer fortsatt elektronikk på de fleste mikrobrikker.
Med sin plattform for å bygge fotoniske kretser har Sandia National Laboratories posisjonert seg som en leder i å støtte industri og andre organisasjoner innen fotonikkforskning og utvikling i årene som kommer. Imidlertid er Sandia National Laboratories' forskning foreløpig ikke finansiert under CHIPS-loven. Sandia National Laboratories ønsker at andre land skal samarbeide om ny teknologi.
President Joe Biden signerte CHIPS and Science Act av 2022, en ikke-partipolitisk lov som gir 52,7 milliarder dollar i insentiver til halvlederindustrien. Selv om denne lovgivningen forventes å øke produksjonen av USA-produserte databrikker, vil den også gi finansiering til fotoniske halvledere.
Som vi alle vet, er Chip and Science Act vakkert beskrevet som en politikk med tilskudd og subsidier til amerikansk industri, men undertrykker i hovedsak veksten til Kinas halvlederindustri. Lovforslaget begrenser eksplisitt de relevante foretak i Kina til å bygge investeringer eller utvidelse av avansert produksjon fab, i stor grad hindrer utviklingen av Kinas halvlederindustri, vil USAs forsøk gjennom "Chip and Science Act" være Kinas halvlederindustri "marginalisering" av praksisen , utvilsomt "hegemonisk oppførsel".
Chip og Science Act på Kinas innvirkning, på kort sikt føre til usikker forsyning av kapasitet, kapasitetsutvidelse etterslep, teknologi R & D begrensninger; og langsiktig er å utelukke kinesiske bedrifter innen tekniske standarder, mistet muligheten til å utvikle standarder.
Dette vil bare stimulere akselerasjonen av Kinas innenlandske substitusjonsprosess, og tvinge Kina til å utvikle chipindustrien. Kina gjenoppbygger en stor innenlandsk syklus som hovedorganet, den nasjonale og internasjonale tosyklusen gjensidig forsterkende nye utviklingsmønster, som vil være fremtiden for Kinas halvlederindustris mest robuste fundament.