آزمایشگاه ملی ساندیا اپتیک مینیاتوری را روی ریزتراشه سیلیکونی ادغام می کند

آزمایشگاه ملی ساندیا اپتیک های مینیاتوری را روی ریزتراشه های سیلیکونی ادغام می کند! این رویکرد به آزمایشگاه‌های ملی ساندیا اجازه می‌دهد تا اپتیک‌هایی با پهنای باند و سرعت بالا، از جمله لیزرهای فسفید ایندیم، تعدیل‌کننده‌های لیتیوم نیوبات، آشکارسازهای ژرمانیوم، و جداکننده‌های آکوستواپتیک کم‌تلفات - همه اجزای کلیدی سیستم‌های نوری پرقدرت بسازند.
ساخت لیزر بر روی سیلیکون یک شاهکار چالش برانگیز است که آزمایشگاه ملی ساندیا معتقد است می تواند رهبری ایالات متحده را در فناوری نیمه هادی افزایش دهد. مؤسسات یا سازمان‌های دیگر، از جمله UC Santa Barbara و Intel، برای مثال لیزرهای مشابهی ساخته‌اند، اما Sandia کلاس دستگاه‌های ادغام‌پذیر را گسترش داده است. برای اولین بار، این دستگاه ها می توانند روی ریزتراشه های سیلیکونی نوری، که به عنوان مدارهای مجتمع فوتونیکی نیز شناخته می شوند، با هم کار کنند. اکنون لیزرها با سایر دستگاه‌های نوری کوچک ترکیب می‌شوند تا خودروهای خودران را ایمن‌تر، مراکز داده را کارآمدتر، حسگرهای زیستی قابل حمل‌تر، و رادار و سایر فناوری‌های دفاعی را همه‌کاره‌تر کنند.
ویفرهای آزمایشی - در آزمایشگاه‌های ملی Sandia، بیش از 1،000 لیزر و تقویت‌کننده آزمایشی یک ویفر سیلیکونی با روکش طلا سه اینچی را "زینت" می‌دهند.
این رویکرد به آزمایشگاه‌های ملی ساندیا اجازه می‌دهد تا اپتیک‌هایی با پهنای باند و سرعت بالا، از جمله لیزرهای فسفید ایندیم، تعدیل‌کننده‌های لیتیوم نیوبات، آشکارسازهای ژرمانیوم، و جداکننده‌های آکوستواپتیک کم‌تلفات - همه اجزای کلیدی سیستم‌های نوری پرقدرت بسازند.
سیلیکون یکپارچه گامی حیاتی به سوی آینده تولید است
سیلیکون رگ حیات صنعت نیمه هادی ها و یک ماده ضروری برای ساخت تراشه های کامپیوتری است. با این حال، به خودی خود یک ماده کثیف برای ساخت لیزر است. چالش پیش روی محققان ابداع راهی برای اجزای نوری ساخته شده از مواد متعدد بود تا روی ریزتراشه های سیلیکونی همزیستی کنند.
این مواد نمی توانند به سادگی به هم بچسبند، بنابراین محققان آنها را با سیلیکون در لایه های پیچیده ترکیب کردند، فرآیندی که به عنوان یکپارچگی ناهمگن نیز شناخته می شود.
تیم تحقیقاتی Sandia با موفقیت تکنیک‌های یکپارچه‌سازی ناهمگن را برای ساخت دستگاه‌های سیلیکونی هیبریدی نشان دادند: لیزرها و تقویت‌کننده‌های ترکیبی از فسفید ایندیم و سیلیکون و تعدیل‌کننده‌های مشابه ساخته شده از نیوبات لیتیوم و سیلیکون که اطلاعات را در نور تولید شده توسط لیزر کدگذاری می‌کنند.
علاوه بر این، تحت همین پلت فرم، آشکارسازهای ژرمانیومی با قدرت و سرعت بالا ساخته شده اند تا با توسعه لیزرها و مدولاتورها همگام شوند.
مشخصه لیزرها- دانشمندان Sandia فیبرهای نوری را با لیزرهای یکپارچه در مقیاس تراشه و غیریکنواخت زیر میکروسکوپ تراز می کنند.
در حالی که تیم تحقیقاتی Sandia در پیشرفت تحقیقاتی موفق بوده است، آنها می گویند که باید رویکرد خود را با شرکای صنعتی قبل از اینکه تراشه های فوتونیک از خط مونتاژ خارج شوند، اصلاح کنند. در تحقیقات آینده، تیم تحقیقاتی Sandia امیدوار است که لیزرها را با سایر اجزای نوری روی یک تراشه واحد ترکیب کند.
هدف آزمایشگاه ملی ساندیا در ساخت لیزرهای در مقیاس تراشه، ترجمه این فناوری به صنعت است. این تیم از بسیاری از ابزارهای مشابه مورد استفاده در کارخانه های نیمه هادی تجاری استفاده می کند و لیزرها طول موج هایی از نور تولید می کنند که معمولاً در صنعت ارتباطات از راه دور به نام باند C و O-band استفاده می شود.
تیم تحقیقاتی Sandia می‌گوید هنگامی که پلت فرم فوتونیک را در آزمایشگاه ملی نشان می‌دهند، می‌توانند این فناوری را به شرکت‌های آمریکایی منتقل کنند، جایی که می‌توانند بر تجاری‌سازی تولید در مقیاس بزرگ‌تر تمرکز کنند.
آزمایشگاه ملی Sandia همچنین در حال سرمایه گذاری بر روی ریزتراشه های نوری است زیرا آنها اطلاعات بیشتری را نسبت به تراشه های سنتی منتقل می کنند. اما تیم تحقیقاتی Sandia می‌گوید که چالش‌های تولید مانع از پذیرش گسترده آن‌ها می‌شود. در حالی که این فناوری در جامعه علمی به خوبی شناخته شده است، الکترونیک هنوز بر اکثر ریزتراشه ها غالب است.
آزمایشگاه ملی ساندیا با پلت فرم خود برای ساخت مدارهای فوتونیک خود را به عنوان پیشرو در حمایت از صنعت و سایر سازمان ها در تحقیق و توسعه فوتونیک برای سال های آینده معرفی کرده است. با این حال، تحقیقات آزمایشگاه ملی Sandia در حال حاضر تحت قانون CHIPS تأمین مالی نمی شود. آزمایشگاه ملی ساندیا از سایر کشورها می خواهد که در زمینه فناوری های جدید همکاری کنند.
رئیس جمهور جو بایدن قانون تراشه و علم سال 2022 را امضا کرد، یک لایحه غیرحزبی که 52.7 میلیارد دلار مشوق برای صنعت نیمه هادی ها فراهم می کند. در حالی که انتظار می‌رود این قانون تولید تراشه‌های رایانه‌ای ساخت ایالات متحده را افزایش دهد، همچنین بودجه‌ای برای نیمه‌رساناهای فوتونیک فراهم می‌کند.
همانطور که همه می دانیم، قانون چیپ و علم به زیبایی به عنوان یک سیاست کمک هزینه و یارانه برای صنعت ایالات متحده توصیف می شود، اما اساسا رشد صنعت نیمه هادی چین را سرکوب می کند. این لایحه صراحتاً شرکت‌های مربوطه در چین را برای سرمایه‌گذاری یا گسترش کارخانه‌های تولید پیشرفته محدود می‌کند، که تا حد زیادی مانع توسعه صنعت نیمه‌هادی چین می‌شود، تلاش‌های ایالات متحده از طریق "قانون تراشه و علم" صنعت نیمه‌هادی چین "به حاشیه راندن" این عمل خواهد بود. ، بدون شک "رفتار هژمونیک".
قانون چیپ و علم در مورد تأثیر چین، منجر به کوتاه‌مدت عرضه ناامن ظرفیت، تاخیر در افزایش ظرفیت، محدودیت‌های تحقیق و توسعه فناوری. و بلند مدت است که به حذف شرکت های چینی در زمینه استانداردهای فنی، فرصت توسعه استانداردها را از دست داد.
این تنها باعث تسریع فرآیند جایگزینی داخلی چین می شود و چین را مجبور به توسعه صنعت تراشه می کند. چین در حال بازسازی یک چرخه بزرگ داخلی به عنوان بدنه اصلی است، الگوی توسعه جدید دو چرخه داخلی و بین المللی که متقابلاً تقویت می کنند، که آینده قوی ترین پایه صنعت نیمه هادی چین خواهد بود.