Forskere udvikler en ny platform, der gør næste generations elektroniske enheder mere avancerede

Fysikere fra ARC Center of Excellence for Ultrahigh bandwidth Devices for Optical Systems (CUDOS) udviklede en ny hybrid integreret platform, lover at være et mere avanceret alternativ til konventionelle integrerede kredsløb. Forskerne viste, at deres tilgang er massefremstillelig, gør det muligt at integrere platformen i dagligdags elektronisk udstyr som smartphones. For slutbrugere betyder dette tekniske fremskridt, at det kan føre til hurtigere internet på deres næste generations elektroniske enheder.

Integrerede kredsløb, såkaldte chips, bruges i dagligdags elektronisk udstyr som mobiltelefoner og computere. Det er et sæt elektroniske kredsløb på et lille fladt stykke halvledermateriale, normalt silicium. Men dette materiale har nogle begrænsninger, når det kommer til behandling af data.

For at overvinde disse begrænsninger og forbedre databehandlingen, forskere udvikler optiske kredsløb lavet af chalcogenidglas. Denne specielle type glas bruges til ultrahurtige telekommunikationsnetværk, overførsel af information med lysets hastighed.

At integrere disse optiske glaskredsløb i siliciumchips kan føre til et mere avanceret kommunikationssystem, behandler data hundrede gange hurtigere. Kan disse to materialer kombineres?

Svaret er ja! I et samarbejde med fysikere ved University of Sydney's Australian Institute for Nanoscale Science and Technology (AINST), Australian National University (ANU) og RMIT University, CUDOS-forskergruppen omkring ph.d.-kandidat Blair Morrison og seniorforsker Dr. Alvaro Casas Bedoya skabte kompakt, massefremstillelige optiske kredsløb med forbedrede funktionaliteter ved at kombinere ikke-lineære glas med siliciumbaseret materiale.

"I de sidste par år har gruppen på University of Sydney gentagne gange demonstreret spændende funktionaliteter, såsom bredbåndsmikrobølgeenheder, der forbedrer radar- og modforanstaltningersteknologier, ved at bruge disse nye chalcogenid-briller, " sagde Blair Morrison fra University of Sydney CUDOS node.

"Nu har vi vist, at det er muligt at kombinere dette materiale med den nuværende industristandardplatform for fotonisk integration, silicium, " han sagde.

"Vi integrerede et nyt ikke-lineært glas i en industrielt skalerbar CMOS-kompatibel platform. Vi fastholdt de vigtigste fordele ved både silicium og glasset, og lavet et funktionelt og effektivt ultrakompakt optisk kredsløb, " sagde Dr. Alvaro Casas Bedoya, som er den ledende fotonik-nanofabrikationschef for CUDOS.

"Et væld af nye muligheder vil blive skabt, og dette tager os et skridt tættere på at flytte vores forskning fra laboratoriet til industrielle applikationer, " sagde Blair Morrison.

CUDOS-direktør og ARC Laureate Fellow Professor Benjamin Eggleton fra University of Sydney sagde, at denne nye tilgang en dag vil give industrien mulighed for at miniaturisere fotonikfunktionaliteterne fra enheder, der er på størrelse med en bærbar computer til størrelsen af ​​en smartphone og endnu mindre, giver mulighed for udrulning i applikationer i den virkelige verden.

"Det her er spændende, fordi dette er en platform, der er mere kompatibel med eksisterende halvlederproduktion og vil give os mulighed for at integrere flere funktioner på en enkelt siliciumchip, med aktive og passive komponenter, såsom detektorer og modulatorer, kræves til avancerede applikationer, " sagde professor Eggleton, der overvågede projektet.

Forskerholdet på flere universiteter gennemgik hele fremstillingsprocessen:Fremstillingen af ​​disse enheder bruger siliciumwafers fra et halvlederstøberi i Belgien, et dedikeret anlæg i ANU's Laser Physics Center til glasaflejring, litografi i RMIT University's School of Engineering og bliver derefter karakteriseret og testet i University of Sydney's AINST.

For at vise potentialet i den nye tilgang, CUDOS-forskerne demonstrerede yderligere en kompakt ny laser baseret på lys-lyd-interaktioner, første gang i et integreret optisk kredsløb.

"Gennembruddet her er denne erkendelse af, at vi faktisk kan interface, vi kan integrere det glas på silicium, og vi kan interface fra silicium til glasset meget effektivt - vi kan udnytte det bedste fra begge verdener, " sagde professor Eggleton.

Forskningen er publiceret i Optica i dag.

Professor Susan Pond, direktøren for AINST, understregede, at dette projekt er en af ​​AINSTs flagskibsaktiviteter, der beskæftiger sig med at udnytte interaktioner mellem fotoner og fonon på nanoskala. Dette arbejde forbinder grundforskning i lysstofinteraktioner på nanoskala med et slutbrugerperspektiv og stærk kobling til industrien.