Sandia National Laboratories intègre une optique miniature sur une puce électronique en silicium

Sandia National Laboratories intègre de l'optique miniature sur des puces en silicium ! Cette approche permet à Sandia National Laboratories de construire des optiques à large bande passante et à grande vitesse, notamment des lasers au phosphure d'indium, des modulateurs au niobate de lithium, des détecteurs au germanium et des isolateurs acousto-optiques à faible perte - tous des composants clés des systèmes optiques à haute puissance.
La fabrication de lasers sur silicium est un défi qui, selon Sandia National Laboratories, pourrait étendre le leadership américain dans la technologie des semi-conducteurs. D'autres institutions ou organisations, dont UC Santa Barbara et Intel, par exemple, ont construit des lasers similaires, mais Sandia a élargi la classe des dispositifs intégrables. Pour la première fois, ces dispositifs peuvent fonctionner ensemble sur des puces optiques en silicium, également appelées circuits intégrés photoniques. Les lasers sont maintenant combinés avec d'autres petits dispositifs optiques pour rendre les voitures autonomes plus sûres, les centres de données plus efficaces, les biocapteurs plus portables et les radars et autres technologies de défense plus polyvalents.
Wafers expérimentaux - Aux Sandia National Laboratories, plus de 1 000 lasers et amplificateurs expérimentaux "ornent" une tranche de silicium plaquée or de trois pouces.
Cette approche permet à Sandia National Laboratories de construire des optiques à large bande passante et à grande vitesse, notamment des lasers au phosphure d'indium, des modulateurs au niobate de lithium, des détecteurs au germanium et des isolateurs acousto-optiques à faible perte - tous des composants clés des systèmes optiques à haute puissance.
Le silicium intégré est une étape critique vers l'avenir de la production
Le silicium est la pierre angulaire de l'industrie des semi-conducteurs et un matériau essentiel pour la fabrication de puces informatiques. À lui seul, cependant, c'est un matériau moche pour fabriquer des lasers. Le défi pour les chercheurs était de trouver un moyen de faire coexister des composants optiques fabriqués à partir de plusieurs matériaux sur des micropuces de silicium.
Ces matériaux ne peuvent pas simplement coller ensemble, alors les chercheurs les ont fusionnés avec du silicium en couches complexes, un processus également connu sous le nom d'intégration hétérogène.
L'équipe de recherche de Sandia a démontré avec succès des techniques d'intégration hétérogènes pour fabriquer des dispositifs hybrides en silicium : des lasers et des amplificateurs hybrides en phosphure d'indium et en silicium, et des modulateurs similaires en niobate de lithium et en silicium, qui codent les informations dans la lumière produite par le laser.
De plus, sous la même plate-forme, des détecteurs au germanium haute puissance et haute vitesse ont été développés pour suivre le développement des lasers et des modulateurs.
Caractérisation des lasers - Les scientifiques de Sandia alignent les fibres optiques avec des lasers intégrés non uniformes à l'échelle de la puce sous un microscope.
Bien que l'équipe de recherche de Sandia ait réussi à faire progresser la recherche, elle affirme qu'elle doit encore affiner son approche avec des partenaires industriels avant que les puces photoniques ne commencent à sortir de la chaîne de montage. Dans les recherches futures, l'équipe de recherche de Sandia espère combiner des lasers avec d'autres composants optiques sur une seule puce.
L'objectif de Sandia National Laboratories dans la construction de lasers à l'échelle de la puce est de transposer la technologie à l'industrie. L'équipe utilise bon nombre des mêmes outils que ceux utilisés dans les usines commerciales de semi-conducteurs, et les lasers produisent des longueurs d'onde de lumière généralement utilisées dans l'industrie des télécommunications appelées bande C et bande O.
L'équipe de recherche de Sandia affirme qu'une fois qu'elle aura démontré la plate-forme photonique au laboratoire national, elle pourra transmettre la technologie aux entreprises américaines, où elle pourra se concentrer sur la commercialisation d'une production à plus grande échelle.
Sandia National Laboratories investit également dans les puces optiques car elles transmettent plus d'informations que les puces traditionnelles. Mais l'équipe de recherche de Sandia affirme que les défis de fabrication empêchent leur adoption généralisée. Alors que la technologie est bien connue dans la communauté scientifique, l'électronique domine toujours sur la plupart des micropuces.
Avec sa plate-forme de construction de circuits photoniques, Sandia National Laboratories se positionne comme un leader dans le soutien de l'industrie et d'autres organisations dans la recherche et le développement en photonique pour les années à venir. Cependant, la recherche de Sandia National Laboratories n'est actuellement pas financée en vertu de la loi CHIPS. Sandia National Laboratories souhaite que d'autres pays collaborent sur les nouvelles technologies.
Le président Joe Biden a signé le CHIPS and Science Act de 2022, un projet de loi non partisan qui prévoit 52,7 milliards de dollars d'incitations pour l'industrie des semi-conducteurs. Alors que cette législation devrait augmenter la production de puces informatiques fabriquées aux États-Unis, elle fournira également un financement pour les semi-conducteurs photoniques.
Comme nous le savons tous, le Chip and Science Act est magnifiquement décrit comme une politique de subventions pour l'industrie américaine, mais supprime essentiellement la croissance de l'industrie chinoise des semi-conducteurs. Le projet de loi restreint explicitement les entreprises concernées en Chine à construire des investissements ou à développer des usines de fabrication de pointe, entravant considérablement le développement de l'industrie chinoise des semi-conducteurs, les tentatives américaines par le biais de la "Chip and Science Act" seront la "marginalisation" de la pratique de l'industrie chinoise des semi-conducteurs , sans doute "comportement hégémonique".
Chip and Science Act sur l'impact de la Chine, le plomb à court terme à l'insécurité de l'offre de capacité, le retard d'expansion de la capacité, les contraintes de R & D technologique; et à long terme est d'exclure les entreprises chinoises dans le domaine des normes techniques, a perdu l'occasion d'élaborer des normes.
Cela ne fera que stimuler l'accélération du processus de substitution domestique de la Chine, forçant la Chine à développer l'industrie des puces. La Chine reconstruit un grand cycle domestique comme corps principal, le nouveau modèle de développement à double cycle national et international se renforçant mutuellement, qui sera l'avenir de la base la plus solide de l'industrie chinoise des semi-conducteurs.