Laboratorium Nasional Sandia Mengintegrasikan Optik Miniatur Pada Microchip Silikon

Laboratorium Nasional Sandia mengintegrasikan optik mini pada microchip silikon! Pendekatan ini memungkinkan Sandia National Laboratories untuk membangun bandwidth tinggi, optik berkecepatan tinggi, termasuk laser indium phosphide, modulator lithium niobate, detektor germanium, dan isolator acousto-optic low-loss - semua komponen kunci dari sistem optik berdaya tinggi.
Fabrikasi laser pada silikon adalah prestasi yang menantang yang diyakini oleh Laboratorium Nasional Sandia dapat memperpanjang kepemimpinan AS dalam teknologi semikonduktor. Institusi atau organisasi lain, termasuk UC Santa Barbara dan Intel, misalnya, telah membuat laser serupa, tetapi Sandia telah memperluas kelas perangkat yang dapat diintegrasikan. Untuk pertama kalinya, perangkat ini dapat bekerja sama pada microchip silikon optik, juga dikenal sebagai sirkuit terintegrasi fotonik. Laser sekarang digabungkan dengan perangkat optik kecil lainnya untuk membuat mobil self-driving lebih aman, pusat data lebih efisien, biosensor lebih portabel, dan radar serta teknologi pertahanan lainnya lebih serbaguna.
Wafer eksperimental - Di Sandia National Laboratories, lebih dari 1,000 laser dan amplifier eksperimental "menghiasi" wafer silikon berlapis emas berukuran tiga inci.
Pendekatan ini memungkinkan Sandia National Laboratories untuk membangun bandwidth tinggi, optik berkecepatan tinggi, termasuk laser indium phosphide, modulator lithium niobate, detektor germanium, dan isolator acousto-optic low-loss - semua komponen kunci dari sistem optik berdaya tinggi.
Silikon Terintegrasi adalah Langkah Penting Menuju Masa Depan Produksi
Silikon adalah urat nadi industri semikonduktor dan bahan penting untuk pembuatan chip komputer. Namun, dengan sendirinya, itu adalah bahan yang buruk untuk membuat laser. Tantangan bagi para peneliti adalah menemukan cara agar komponen optik yang terbuat dari berbagai bahan dapat hidup berdampingan di microchip silikon.
Bahan-bahan ini tidak bisa begitu saja saling menempel, sehingga para peneliti menyatukannya dengan silikon menjadi lapisan kompleks, sebuah proses yang juga dikenal sebagai integrasi heterogen.
Tim peneliti Sandia berhasil mendemonstrasikan teknik integrasi heterogen untuk membuat perangkat silikon hibrida: laser dan amplifier hibrida yang terbuat dari indium phosphide dan silikon, dan modulator serupa yang terbuat dari lithium niobate dan silikon, yang menyandikan informasi dalam cahaya yang dihasilkan oleh laser.
Selain itu, di bawah platform yang sama, detektor germanium berkekuatan tinggi dan berkecepatan tinggi telah dikembangkan untuk mengimbangi perkembangan laser dan modulator.
Mengkarakterisasi laser-Ilmuwan Sandia menyelaraskan serat optik dengan laser terintegrasi berskala chip dan tidak seragam di bawah mikroskop.
Sementara tim peneliti Sandia telah berhasil membuat kemajuan penelitian, mereka mengatakan bahwa mereka perlu lebih menyempurnakan pendekatan mereka dengan mitra industri sebelum chip fotonik mulai diluncurkan dari jalur perakitan. Dalam penelitian selanjutnya, tim peneliti Sandia berharap dapat menggabungkan laser dengan komponen optik lainnya dalam satu chip.
Tujuan Sandia National Laboratories dalam membangun laser skala chip adalah untuk menerjemahkan teknologi ke industri. Tim menggunakan banyak alat yang sama yang digunakan dalam pabrik semikonduktor komersial, dan laser menghasilkan panjang gelombang cahaya yang biasanya digunakan dalam industri telekomunikasi yang disebut C-band dan O-band.
Tim peneliti Sandia mengatakan bahwa begitu mereka mendemonstrasikan platform fotonik di laboratorium nasional, mereka dapat meneruskan teknologi tersebut ke perusahaan AS, di mana mereka dapat fokus pada komersialisasi produksi skala besar.
Laboratorium Nasional Sandia juga berinvestasi dalam microchip optik karena mengirimkan lebih banyak informasi daripada chip tradisional. Tetapi tim peneliti Sandia mengatakan tantangan manufaktur mencegah adopsi yang meluas. Meskipun teknologinya terkenal di komunitas ilmiah, elektronik masih mendominasi sebagian besar microchip.
Dengan platformnya untuk membangun sirkuit fotonik, Laboratorium Nasional Sandia telah memposisikan dirinya sebagai pemimpin dalam mendukung industri dan organisasi lain dalam penelitian dan pengembangan fotonik selama bertahun-tahun yang akan datang. Namun, penelitian Laboratorium Nasional Sandia saat ini tidak didanai berdasarkan Undang-Undang CHIPS. Laboratorium Nasional Sandia ingin negara lain berkolaborasi dalam teknologi baru.
Presiden Joe Biden menandatangani CHIPS and Science Act of 2022, RUU nonpartisan yang memberikan insentif sebesar $52,7 miliar untuk industri semikonduktor. Sementara undang-undang ini diharapkan dapat meningkatkan produksi chip komputer buatan AS, itu juga akan menyediakan dana untuk semikonduktor fotonik.
Seperti yang kita semua tahu, Chip and Science Act digambarkan dengan indah sebagai kebijakan hibah dan subsidi untuk industri AS, tetapi pada dasarnya menekan pertumbuhan industri semikonduktor China. RUU tersebut secara eksplisit membatasi perusahaan yang relevan di China untuk membangun investasi atau perluasan fab manufaktur maju, sangat menghambat pengembangan industri semikonduktor China, upaya AS melalui "Chip and Science Act" akan menjadi "marginalisasi" industri semikonduktor China dari praktik tersebut , tidak diragukan lagi "perilaku hegemonik".
Dampak Chip dan Science Act di China, jangka pendek mengarah pada pasokan kapasitas yang tidak aman, kelambatan ekspansi kapasitas, kendala R & D teknologi; dan jangka panjang adalah untuk mengecualikan perusahaan Cina di bidang standar teknis, kehilangan kesempatan untuk mengembangkan standar.
Ini hanya akan merangsang percepatan proses substitusi domestik China, memaksa China untuk mengembangkan industri chip. China sedang membangun kembali siklus domestik yang besar sebagai badan utama, siklus ganda domestik dan internasional yang saling memperkuat pola pengembangan baru, yang akan menjadi fondasi terkuat industri semikonduktor China di masa depan.