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2021-05-25 12:00 |
一種采用氮化硅襯底制造集成光子電路技術
近日，瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）教授Tobias Kippenberg團隊開發(fā)出一種采用氮化硅襯底制造集成光子電路（光子芯片）技術，得到了創(chuàng)紀錄的低光學損耗，且芯片尺寸小。相關研究在《自然—通訊》上發(fā)表。 _. &N@k
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光子芯片奮起直追，也許能幫助人們突破摩爾定律開辟新的“賽道”。 cC*H.N
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低光學損耗新紀錄 H? _wsh4J
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光子芯片通常由硅制成，硅在地殼中含量豐富且具有良好的光學特性，但難以滿足集成光子芯片所需的一切條件，因此出現了諸多新材料平臺，如氮化硅、二氧化硅、氮化鋁、鈮酸鋰、碳化硅等。 tfCK^{
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Tobias Kippenberg團隊用一種氮化硅光子大馬士革工藝（光子鑲嵌工藝）技術。大馬士革工藝是一種非常古老的工藝，最早可以追溯到阿拉伯人對他們的武器和裝飾上面做顏色的鑲嵌和繪圖。這個工藝要先做出圖形輪廓，然后把顏色材料鑲嵌到輪廓中再進行拋光，這樣就得一個色彩艷麗的圖案。 TCR|wi]
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“大馬士革工藝思路曾被用在早期以銅為材料的電子電路制造上，研究當中，我們把氮化硅大馬士革工藝用到集成光路制造上，得到了極低的光損耗�！闭撐牡谝蛔髡�、EPFL微納技術中心博士劉駿秋告訴《中國科學報》，“利用這一技術，我們制造了光損耗僅為1 dB / m的集成光路，創(chuàng)下了所有非線性光子集成材料的記錄�！� L .s$|%
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使用這項新技術，研究人員在5平方毫米的芯片上制備了高品質因數的微諧振器上和超過一米長的波導。他們還報告了九成的制造良品率，這對于將來擴大工業(yè)生產規(guī)模至關重要。 hLr\;Swyp
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“超低損耗的氮化硅集成光子芯片對未來通訊、計算和6G技術都至關重要。這種類型的光子芯片可以將信息編碼進光，再通過光纖傳輸，并成為光通信的一個核心組成部分�！眲ⅡE秋說。 b ~*CJ8Ad
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光子集成的優(yōu)勢 3wMnTT"At
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“電子芯片工作時，可以理解為電信號輸入芯片進行處理（比如存儲、讀取、進行運算等）后再輸出。與之類似，光子芯片是將光信號輸入芯片，進行數據傳輸、存儲、計算和輸出的芯片�！眲ⅡE秋說，“相對于電子芯片，光子芯片雖然起步較晚，但也有自己獨特的優(yōu)勢�！� 4-?zW
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科學家認為，光具有天然的并行處理能力及成熟的波分復用技術，從而使光子芯片的數據處理能力、容量及帶寬均大幅度提升。光波的波長、頻率、偏振態(tài)和相位等信息可以代表不同的數據，以用來作為非常高效的通信種子源。 1+#E|YWJ
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“光子芯片具有高運算速度、低功耗、低時延等特點，且不易受到溫度、電磁場和噪聲變化的影響�！敝锌苿�(chuàng)星董事總經理張思申說，“光子芯片不追求工藝尺寸的極限縮小，有更多的性能提升空間�！� \30rF]F`l
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“與電芯片相比，光芯片在諸多領域，比如通訊、激光雷達、傳感、圖像分析上面有獨一無二的優(yōu)勢�！眲ⅡE秋解釋說，光芯片速率可以達到100G，比電芯片快很多，這樣可以在光的通道上面做更多信息的編碼，它可以承載更多的信息，同時功耗比電芯片更小。因為光在傳播中不會產生任何熱效應，這和電子不一樣，還有光和光之間不會有相互作用，不會受到背景電磁場干擾。 bao"iv~z
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