Laboratoarele Naționale Sandia integrează optica în miniatură pe microcipul de siliciu

Laboratoarele Naționale Sandia integrează optica miniaturală pe microcipuri de siliciu! Această abordare permite Sandia National Laboratories să construiască optice cu lățime de bandă mare, de mare viteză, inclusiv lasere cu fosfură de indiu, modulatoare de niobat de litiu, detectoare de germaniu și izolatoare acusto-optice cu pierderi reduse - toate componentele cheie ale sistemelor optice de mare putere.
Fabricarea laserelor pe siliciu este o performanță provocatoare despre care Sandia National Laboratories consideră că ar putea extinde liderul SUA în tehnologia semiconductoarelor. Alte instituții sau organizații, inclusiv UC Santa Barbara și Intel, de exemplu, au construit lasere similare, dar Sandia a extins clasa de dispozitive integrabile. Pentru prima dată, aceste dispozitive pot lucra împreună pe microcipuri de siliciu optic, cunoscute și sub numele de circuite integrate fotonice. Laserele sunt acum combinate cu alte dispozitive optice minuscule pentru a face mașinile cu conducere autonomă mai sigure, centrele de date mai eficiente, biosenzorii mai portabili și radarul și alte tehnologii de apărare mai versatile.
Napolitane experimentale - La Laboratoarele Naționale Sandia, mai mult de 1,000 lasere și amplificatoare experimentale „împodobesc” o placă de siliciu placată cu aur de trei inchi.
Această abordare permite Sandia National Laboratories să construiască optice cu lățime de bandă mare, de mare viteză, inclusiv lasere cu fosfură de indiu, modulatoare de niobat de litiu, detectoare de germaniu și izolatoare acusto-optice cu pierderi reduse - toate componentele cheie ale sistemelor optice de mare putere.
Siliciul integrat este un pas critic spre viitorul producției
Siliciul este elementul vital al industriei semiconductoarelor și un material esențial pentru fabricarea cipurilor de computer. Pe cont propriu, însă, este un material prost pentru fabricarea laserelor. Provocarea pentru cercetători a fost să găsească o modalitate prin care componentele optice realizate din mai multe materiale să coexiste pe microcipuri de siliciu.
Aceste materiale nu se pot lipi pur și simplu împreună, așa că cercetătorii le-au fuzionat cu siliciu în straturi complexe, un proces cunoscut și sub numele de integrare eterogenă.
Echipa de cercetare Sandia a demonstrat cu succes tehnici de integrare eterogene pentru a fabrica dispozitive hibride de siliciu: lasere hibride și amplificatoare din fosfură de indiu și siliciu și modulatori similari din niobat de litiu și siliciu, care codifică informații în lumina produsă de laser.
În plus, sub aceeași platformă, au fost dezvoltați detectoare de germaniu de mare putere și viteză pentru a ține pasul cu dezvoltarea laserelor și modulatorilor.
Caracterizarea laserelor-oamenii de știință de la Sandia aliniază fibrele optice cu lasere integrate neuniforme la scară de cip la microscop.
Deși echipa de cercetare Sandia a reușit să facă progrese în cercetare, ei spun că trebuie să-și perfecționeze și mai mult abordarea cu partenerii din industrie înainte ca cipurile fotonice să înceapă să iasă de pe linia de asamblare. În cercetările viitoare, echipa de cercetare Sandia speră să combine laserele cu alte componente optice pe un singur cip.
Scopul Laboratoarelor Naționale Sandia în construirea laserelor la scară de cip este de a traduce tehnologia în industrie. Echipa folosește multe dintre aceleași instrumente folosite în fabricile comerciale de semiconductori, iar laserele produc lungimi de undă de lumină utilizate în mod obișnuit în industria telecomunicațiilor, numite C-band și O-band.
Echipa de cercetare Sandia spune că, odată ce demonstrează platforma fotonică la laboratorul național, pot transmite tehnologia companiilor americane, unde se pot concentra pe comercializarea producției la scară mai mare.
Laboratoarele Naționale Sandia investesc și în microcipuri optice, deoarece transmit mai multe informații decât cipurile tradiționale. Însă echipa de cercetare Sandia spune că provocările de producție împiedică adoptarea lor pe scară largă. În timp ce tehnologia este bine cunoscută în comunitatea științifică, electronica încă domină pe majoritatea microcipurilor.
Cu platforma sa pentru construirea de circuite fotonice, Sandia National Laboratories s-a poziționat ca lider în sprijinirea industriei și a altor organizații în cercetarea și dezvoltarea fotonică în anii următori. Cu toate acestea, cercetarea Sandia National Laboratories nu este în prezent finanțată în temeiul Legii CHIPS. Laboratoarele Naționale Sandia își doresc ca alte țări să colaboreze la noile tehnologii.
Președintele Joe Biden a semnat CHIPS and Science Act din 2022, un proiect de lege nepartizan care oferă stimulente în valoare de 52,7 miliarde de dolari pentru industria semiconductoarelor. Deși se așteaptă că această legislație va crește producția de cipuri de computer fabricate în SUA, va oferi și finanțare pentru semiconductori fotonici.
După cum știm cu toții, Actul Chip and Science este frumos descris ca o politică de granturi și subvenții pentru industria americană, dar în esență suprimă creșterea industriei semiconductoarelor din China. Proiectul de lege restricționează în mod explicit întreprinderile relevante din China pentru a construi investiții sau extinderea fabricii de producție avansată, împiedicând foarte mult dezvoltarea industriei semiconductoare a Chinei, încercările SUA prin "Legea Chip și Știința" va fi industria semiconductoare din China "marginalizare" a practicii , fără îndoială „comportament hegemonic”.
Chip și Legea științei cu privire la impactul Chinei, duce pe termen scurt la aprovizionarea nesigură a capacității, întârzierea expansiunii capacității, constrângerile tehnologiei R & D; și pe termen lung este de a exclude întreprinderile chineze în domeniul standardelor tehnice, a pierdut ocazia de a dezvolta standarde.
Acest lucru nu va face decât să stimuleze accelerarea procesului de substituție internă al Chinei, forțând China să dezvolte industria cipurilor. China reconstruiește un ciclu intern mare ca corp principal, ciclul dublu intern și internațional, care se consolidează reciproc, noul model de dezvoltare, care va fi viitorul celui mai robust fundament al industriei semiconductoare din China.