Фотонний чіп, схожий на LEGO, прокладає шлях до прориву в галузі напівпровідників

Дослідники з Наноінституту Сіднейського університету розробили невеликий кремнієвий напівпровідниковий чіп, який поєднує електронні та фотонні (на основі світла) елементи. Ця інновація значно розширює смугу радіочастот (РЧ) і здатність точно контролювати інформацію, що проходить через пристрій. Розширена смуга пропускання означає, що через чіп може протікати більше інформації, а включення фотоніки дозволяє розширене керування фільтрами, створюючи новий універсальний напівпровідниковий пристрій.

Дослідники очікують, що чіп матиме застосування в передових радарах, супутникових системах, бездротових мережах і розгортанні телекомунікацій 6G і 7G, а також відкриє двері для передового суверенного виробництва. Це також може допомогти у створенні високотехнологічних заводів із доданою вартістю в таких місцях, як район Аеротрополіс у Західному Сіднеї.

Інноваційний дизайн і конструкція

Чіп побудовано з використанням нової технології кремнієвої фотоніки, яка дозволяє інтегрувати різноманітні системи на напівпровідниках шириною менше 5 міліметрів. Провіце-канцлер (дослідження) професор Бен Егглтон, який керує дослідницькою групою, порівняв це зі складанням будівельних блоків Lego, де нові матеріали об’єднуються через вдосконалене пакування компонентів за допомогою електронних «чіплетів».

Дослідження цього винаходу було опубліковано в Nature Communications .

Доктор Альваро Касас Бедойя, заступник директора з фотонної інтеграції в Школі фізики, який очолював розробку чіпа, сказав, що унікальний метод інтеграції гетерогенних матеріалів розроблявся 10 років.

«Спільне використання закордонних ливарних заводів напівпровідників для виготовлення основної пластини чіпа з місцевою дослідницькою інфраструктурою та виробництвом було життєво важливим у розробці цієї фотонної інтегральної схеми», — сказав він. «Ця архітектура означає, що Австралія може розвивати власне суверенне виробництво чіпів, не покладаючись виключно на міжнародні ливарні заводи для процесу підвищення вартості».

Професор Егглтон підкреслив той факт, що більшість пунктів федерального урядового списку критично важливих технологій, що становлять національний інтерес, залежать від напівпровідників.

Стратегічне значення та місцевий вплив

Він сказав, що винахід означає, що робота в Sydney Nano добре поєднується з такими ініціативами, як Бюро обслуговування напівпровідників (S3B), що спонсорується урядом Нового Південного Королівства націлено на розвиток місцевої напівпровідникової екосистеми.

Доктор Надя Корт, директор S3B, сказала: «Ця робота узгоджується з нашою місією сприяти прогресу в напівпровідникових технологіях, що має великі перспективи для майбутнього напівпровідникових інновацій в Австралії. Результат зміцнює місцеву силу в дослідженнях і дизайні в ключовий момент збільшення глобальної уваги та інвестицій у сектор».

Розроблена у співпраці з вченими Австралійського національного університету , інтегральна схема була створена в чистій кімнаті Core Research Facility в Центрі нанонауки Університету Сіднея , спеціально побудованій будівлі вартістю 150 мільйонів доларів США з передовими засобами літографії та осадження.

Технологічний прорив і майбутній потенціал

Фотонна схема в чіпі означає пристрій із вражаючою смугою пропускання 15 гігагерц регульованих частот зі спектральною роздільною здатністю лише до 37 мегагерц, що становить менше чверті одного відсотка загальної смуги пропускання.

Професор Егглтон сказав: «Цей винахід під керівництвом нашого вражаючого аспіранта Метью Гаррета є значним прогресом для мікрохвильової фотоніки та комплексних досліджень фотоніки. Мікрохвильові фотонні фільтри відіграють вирішальну роль у сучасному зв’язку та радарах, пропонуючи гнучкість для точної фільтрації різних частот, зменшення електромагнітних перешкод,

і покращення якості сигналу. Наш інноваційний підхід до інтеграції розширених функціональних можливостей у напівпровідникові мікросхеми, зокрема гетерогенної інтеграції халькогенідного скла з кремнієм, має потенціал для зміни місцевого напівпровідникового ландшафту».

Співавтор і старший науковий співробітник д-р Моріц Мерклейн сказав: «Ця робота прокладає шлях до нового покоління компактних радіочастотних фотонних фільтрів високої роздільної здатності з широкосмуговим налаштуванням частоти, особливо корисних у повітряному та космічному радіозв’язку, відкриваючи можливості для розширених можливості зв’язку та зондування».