Fotonisk chip, der passer sammen som Lego, åbner døren til halvlederindustrien

Forskere ved University of Sydney Nano Institute har opfundet en kompakt siliciumhalvlederchip, der integrerer elektronik med fotoniske eller lyskomponenter. Den nye teknologi udvider radiofrekvensbåndbredden (RF) og evnen til nøjagtigt at kontrollere information, der strømmer gennem enheden.

Udvidet båndbredde betyder, at mere information kan flyde gennem chippen, og inkluderingen af ​​fotonik giver mulighed for avancerede filterstyringer, hvilket skaber en alsidig ny halvlederenhed.

Forskere forventer, at chippen vil have applikationer i avanceret radar, satellitsystemer, trådløse netværk og udrulningen af ​​6G og 7G telekommunikation og også åbne døren til avanceret suveræn produktion. Det kunne også hjælpe med at skabe højteknologiske værdiskabende fabrikker på steder som Western Sydneys Aerotropolis-område.

Chippen er bygget ved hjælp af en ny teknologi inden for siliciumfotonik, der tillader integration af forskellige systemer på halvledere med en bredde på mindre end 5 millimeter. Pro-rektor (forskning) Professor Ben Eggleton, der guider forskerholdet, sammenlignede det med at sammensætte Lego-byggeklodser, hvor nye materialer integreres gennem avanceret emballering af komponenter ved hjælp af elektroniske "chiplets."

Forskningen til denne opfindelse er blevet offentliggjort i Nature Communications .

Dr. Alvaro Casas Bedoya, Associate Director for Photonic Integration i School of Physics, der ledede chipdesignet, sagde, at den unikke metode til integration af heterogene materialer har været 10 år undervejs.

"Den kombinerede brug af oversøiske halvlederstøberier til at lave den grundlæggende chipwafer med lokal forskningsinfrastruktur og produktion har været afgørende for udviklingen af ​​dette fotoniske integrerede kredsløb," sagde han.

"Denne arkitektur betyder, at Australien kan udvikle sin egen suveræne chipfremstilling uden udelukkende at stole på internationale støberier til værdiforøgelsesprocessen."

Professor Eggleton fremhævede det faktum, at de fleste af elementerne på den føderale regerings liste over kritiske teknologier i national interesse afhænger af halvledere.

Han sagde, at opfindelsen betyder, at arbejdet på Sydney Nano passer godt med initiativer som Semiconductor Sector Service Bureau (S3B), sponsoreret af NSW-regeringen, som har til formål at udvikle det lokale halvlederøkosystem.

Dr. Nadia Court, direktør for S3B, sagde:"Dette arbejde stemmer overens med vores mission om at drive fremskridt inden for halvlederteknologi, hvilket har et stort løfte for fremtiden for halvlederinnovation i Australien. Resultatet forstærker lokal styrke inden for forskning og design på et afgørende tidspunkt øget globalt fokus og investeringer i sektoren."

Designet i samarbejde med forskere ved Australian National University, blev det integrerede kredsløb bygget i Core Research Facility-rensrummet ved University of Sydney Nanoscience Hub, en specialbygget bygning til $150 millioner med avanceret litografi og deponeringsfaciliteter.

Det fotoniske kredsløb i chippen betyder en enhed med en imponerende båndbredde på 15 gigahertz af afstembare frekvenser med spektral opløsning ned til kun 37 megahertz, hvilket er mindre end en kvart procent af den samlede båndbredde.

Professor Eggleton sagde:"Anført af vores imponerende ph.d.-studerende Matthew Garrett er denne opfindelse et væsentligt fremskridt inden for mikrobølgefotonik og integreret fotonikforskning.

"Mikrobølgefotoniske filtre spiller en afgørende rolle i moderne kommunikations- og radarapplikationer og tilbyder fleksibiliteten til præcist at filtrere forskellige frekvenser, reducere elektromagnetisk interferens og forbedre signalkvaliteten.

"Vores innovative tilgang til at integrere avancerede funktionaliteter i halvlederchips, især den heterogene integration af chalcogenidglas med silicium, rummer potentialet til at omforme det lokale halvlederlandskab."

Medforfatter og seniorforsker Dr. Moritz Merklein sagde:"Dette arbejde baner vejen for en ny generation af kompakte, højopløselige RF fotoniske filtre med bredbåndsfrekvenstunerbarhed, især gavnlige i luft- og rumbårne RF-kommunikationsnyttelaster, hvilket åbner muligheder for forbedrede kommunikations- og registreringsmuligheder."

Flere oplysninger: Matthew Garrett et al., Integreret mikrobølgefotonisk notch-filter ved hjælp af et heterogent integreret Brillouin og aktivt silicium fotonisk kredsløb, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43404-x

Leveret af University of Sydney