Sandia National Laboratories integriert Miniaturoptik auf Silizium-Mikrochip

Sandia National Laboratories integriert Miniaturoptiken auf Silizium-Mikrochips! Dieser Ansatz ermöglicht es den Sandia National Laboratories, Hochgeschwindigkeitsoptiken mit hoher Bandbreite zu bauen, darunter Indiumphosphidlaser, Lithiumniobat-Modulatoren, Germaniumdetektoren und verlustarme akusto-optische Isolatoren – alles Schlüsselkomponenten von optischen Hochleistungssystemen.
Die Herstellung von Lasern auf Silizium ist eine anspruchsvolle Aufgabe, die nach Ansicht der Sandia National Laboratories die Führungsrolle der USA in der Halbleitertechnologie ausbauen könnte. Andere Institutionen oder Organisationen, darunter beispielsweise die UC Santa Barbara und Intel, haben ähnliche Laser gebaut, aber Sandia hat die Klasse der integrierbaren Geräte erweitert. Zum ersten Mal können diese Geräte auf optischen Silizium-Mikrochips, auch bekannt als photonische integrierte Schaltkreise, zusammenarbeiten. Laser werden jetzt mit anderen winzigen optischen Geräten kombiniert, um selbstfahrende Autos sicherer, Rechenzentren effizienter, Biosensoren tragbarer und Radar- und andere Verteidigungstechnologien vielseitiger zu machen.
Experimentelle Wafer – In den Sandia National Laboratories „zieren“ mehr als 1,{2}} experimentelle Laser und Verstärker einen drei Zoll großen vergoldeten Siliziumwafer.
Dieser Ansatz ermöglicht es den Sandia National Laboratories, Hochgeschwindigkeitsoptiken mit hoher Bandbreite zu bauen, darunter Indiumphosphidlaser, Lithiumniobat-Modulatoren, Germaniumdetektoren und verlustarme akusto-optische Isolatoren – alles Schlüsselkomponenten von optischen Hochleistungssystemen.
Integriertes Silizium ist ein entscheidender Schritt in Richtung Zukunft der Produktion
Silizium ist das Lebenselixier der Halbleiterindustrie und ein wesentliches Material für die Herstellung von Computerchips. Für sich genommen ist es jedoch ein schlechtes Material für die Herstellung von Lasern. Die Herausforderung für die Forscher bestand darin, eine Möglichkeit zu finden, wie optische Komponenten aus mehreren Materialien auf Silizium-Mikrochips koexistieren können.
Da diese Materialien nicht einfach zusammenkleben können, haben die Forscher sie mit Silizium zu komplexen Schichten verschmolzen, ein Prozess, der auch als heterogene Integration bezeichnet wird.
Das Sandia-Forschungsteam demonstrierte erfolgreich heterogene Integrationstechniken zur Herstellung hybrider Siliziumgeräte: Hybridlaser und -verstärker aus Indiumphosphid und Silizium sowie ähnliche Modulatoren aus Lithiumniobat und Silizium, die Informationen im vom Laser erzeugten Licht kodieren.
Darüber hinaus wurden auf derselben Plattform leistungsstarke und schnelle Germaniumdetektoren entwickelt, um mit der Entwicklung von Lasern und Modulatoren Schritt zu halten.
Charakterisierung von Lasern – Sandia-Wissenschaftler richten optische Fasern unter einem Mikroskop mit chipgroßen, ungleichmäßigen integrierten Lasern aus.
Obwohl es dem Sandia-Forschungsteam gelungen ist, Forschungsfortschritte zu machen, sagen sie, dass sie ihren Ansatz mit Industriepartnern weiter verfeinern müssen, bevor photonische Chips vom Band rollen. In zukünftigen Forschungen hofft das Sandia-Forschungsteam, Laser mit anderen optischen Komponenten auf einem einzigen Chip zu kombinieren.
Das Ziel der Sandia National Laboratories beim Bau von Chip-Lasern besteht darin, die Technologie in die Industrie zu übertragen. Das Team verwendet viele der gleichen Werkzeuge, die auch in kommerziellen Halbleiterfabriken verwendet werden, und die Laser erzeugen Lichtwellenlängen, die typischerweise in der Telekommunikationsindustrie verwendet werden und als C-Band und O-Band bezeichnet werden.
Das Sandia-Forschungsteam sagt, dass es, sobald es die photonische Plattform im nationalen Labor vorführt, die Technologie an US-Unternehmen weitergeben kann, wo sie sich auf die Kommerzialisierung der Produktion in größerem Maßstab konzentrieren können.
Sandia National Laboratories investiert auch in optische Mikrochips, da diese mehr Informationen übertragen als herkömmliche Chips. Das Sandia-Forschungsteam sagt jedoch, dass Fertigungsherausforderungen ihre weitverbreitete Einführung verhindern. Während die Technologie in der wissenschaftlichen Gemeinschaft gut bekannt ist, dominiert bei den meisten Mikrochips immer noch die Elektronik.
Mit seiner Plattform für den Aufbau photonischer Schaltkreise positioniert sich Sandia National Laboratories in den kommenden Jahren als führend bei der Unterstützung der Industrie und anderer Organisationen bei der photonischen Forschung und Entwicklung. Allerdings wird die Forschung der Sandia National Laboratories derzeit nicht durch das CHIPS-Gesetz finanziert. Sandia National Laboratories möchte, dass andere Länder bei neuen Technologien zusammenarbeiten.
Präsident Joe Biden unterzeichnete den CHIPS and Science Act von 2022, einen überparteilichen Gesetzentwurf, der der Halbleiterindustrie Anreize in Höhe von 52,7 Milliarden US-Dollar bietet. Es wird erwartet, dass diese Gesetzgebung die Produktion von in den USA hergestellten Computerchips steigern wird, sie wird aber auch Mittel für photonische Halbleiter bereitstellen.
Wie wir alle wissen, wird der Chip and Science Act wunderbar als eine Politik der Zuschüsse und Subventionen für die US-Industrie beschrieben, er unterdrückt jedoch im Wesentlichen das Wachstum der chinesischen Halbleiterindustrie. Der Gesetzentwurf beschränkt ausdrücklich die entsprechenden Unternehmen in China auf den Bau von Investitionen oder den Ausbau fortschrittlicher Fertigungsfabriken, was die Entwicklung der chinesischen Halbleiterindustrie erheblich behindert. Die USA versuchen durch den „Chip and Science Act“, Chinas Halbleiterindustrie zu „marginalisieren“. , zweifellos „hegemoniales Verhalten“.
Chip- und Wissenschaftsgesetz zu den Auswirkungen Chinas, die kurzfristig zu einer unsicheren Kapazitätsversorgung, Verzögerungen bei der Kapazitätserweiterung und Einschränkungen bei technologischer Forschung und Entwicklung führen; Und auf lange Sicht ist es so, dass chinesische Unternehmen im Bereich technischer Standards ausgeschlossen werden und die Möglichkeit zur Entwicklung von Standards verloren geht.
Dies wird den inländischen Substitutionsprozess Chinas nur beschleunigen und China dazu zwingen, die Chipindustrie weiterzuentwickeln. China baut einen großen inländischen Zyklus als Hauptorgan wieder auf, wobei der inländische und internationale Doppelzyklus sich gegenseitig verstärkende neue Entwicklungsmuster bildet, die in Zukunft das stabilste Fundament der chinesischen Halbleiterindustrie sein werden.