“像樂(lè )高一樣拼裝”光子芯片為半導體行業(yè)打開(kāi)新大門(mén)

悉尼大學(xué)納米研究所的研究人員發(fā)明了一種緊湊的硅半導體芯片，將電子元件與光子（或光）元件集成在一起。這種新技術(shù)顯著(zhù)擴展了射頻（RF）帶寬和準確控制通過(guò)該單元流動(dòng)的信息的能力。

擴展的帶寬意味著(zhù)更多信息可以通過(guò)芯片傳輸，并且光子的引入允許先進(jìn)的濾波器控制，創(chuàng )造了一種多功能的新型半導體設備。

研究人員預計該芯片將在先進(jìn)雷達、衛星系統、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )以及6G和7G電信的推出等領(lǐng)域應用，并且還將為先進(jìn)的主權制造業(yè)敞開(kāi)大門(mén)。它還有助于在西悉尼Aerotropolis區域等地創(chuàng )建高科技附加值工廠(chǎng)。

該芯片采用了硅光子學(xué)中的新興技術(shù)，允許在不到5毫米寬的半導體上集成各種系統。負責指導研究團隊的副校長(cháng)（研究）Ben Eggleton教授將其比喻為拼裝樂(lè )高積木，通過(guò)電子“芯片片”將新材料通過(guò)組件的先進(jìn)封裝集成在一起。

這一發(fā)明的研究成果已發(fā)表在《自然通訊》雜志上。

物理學(xué)學(xué)院光子集成副主任Alvaro Casas Bedoya博士領(lǐng)導了芯片設計，他表示這種異質(zhì)材料集成的獨特方法已經(jīng)發(fā)展了10年。

他說(shuō)：“利用海外半導體工廠(chǎng)制造基本芯片晶圓，結合本地研究基礎設施和制造業(yè)對于開(kāi)發(fā)這種光子集成電路至關(guān)重要?！?/p>

Eggleton教授強調了澳大利亞聯(lián)邦政府《國家利益關(guān)鍵技術(shù)清單》上的大多數項目都依賴(lài)于半導體。

他表示，這一發(fā)明意味著(zhù)悉尼納米的工作與新南威爾士政府贊助的半導體行業(yè)服務(wù)局（S3B）等倡議很契合，該機構旨在發(fā)展本地半導體生態(tài)系統。

S3B主任Nadia Court博士表示：“這項工作符合我們推動(dòng)半導體技術(shù)進(jìn)步的使命，為澳大利亞半導體創(chuàng )新的未來(lái)帶來(lái)了巨大的希望。這一結果強化了在全球關(guān)注和投資增加的關(guān)鍵時(shí)刻本地在研究和設計方面的優(yōu)勢?！?/p>

與澳大利亞國立大學(xué)的科學(xué)家合作設計的集成電路在悉尼大學(xué)納米科學(xué)中心的核心研究設施凈化室內建造，該設施是一座價(jià)值1.5億美元的專(zhuān)業(yè)建筑，配備了先進(jìn)的光刻和沉積設備。

芯片中的光子電路意味著(zhù)一個(gè)具有令人印象深刻的15吉赫的頻寬，可調頻率的設備，光譜分辨率僅為37兆赫茲，這不到總帶寬的四分之一。

Eggleton教授表示：“在我們出色的博士生Matthew Garrett的帶領(lǐng)下，這一發(fā)明對微波光子學(xué)和集成光子學(xué)研究來(lái)說(shuō)是一次重大的進(jìn)步。

“微波光子濾波器在現代通信和雷達應用中發(fā)揮著(zhù)關(guān)鍵作用，提供了精確過(guò)濾不同頻率的靈活性，減少電磁干擾并提高信號質(zhì)量。

“我們將先進(jìn)功能集成到半導體芯片中的創(chuàng )新方法，尤其是氧化硅與硅的異質(zhì)集成，有可能重塑本地半導體行業(yè)格局?！?/p>

共同作者、高級研究員Moritz Merklein博士表示：“這項工作為新一代緊湊型、高分辨率的射頻光子濾波器鋪平了道路，具有寬帶頻率可調性，在空中和太空射頻通信負載中特別有益，為增強通信和感知能力打開(kāi)了可能性?！?/p>