“像樂高一樣拼裝”光子芯片為半導(dǎo)體行業(yè)打開新大門

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(dǎo)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)顯著擴展了射頻（RF）帶寬和準(zhǔn)確控制通過該單元流動的信息的能力。

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

研究人員預(yù)計該芯片將在先進雷達、衛(wèi)星系統(tǒng)、無線網(wǎng)絡(luò)以及6G和7G電信的推出等領(lǐng)域應(yīng)用，并且還將為先進的主權(quán)制造業(yè)敞開大門。它還有助于在西悉尼Aerotropolis區(qū)域等地創(chuàng)建高科技附加值工廠。

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(dǎo)體上集成各種系統(tǒng)。負責(zé)指導(dǎo)研究團隊的副校長（研究）Ben Eggleton教授將其比喻為拼裝樂高積木，通過電子“芯片片”將新材料通過組件的先進封裝集成在一起。

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(dǎo)了芯片設(shè)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：“利用海外半導(dǎo)體工廠制造基本芯片晶圓，結(jié)合本地研究基礎(chǔ)設(shè)施和制造業(yè)對于開發(fā)這種光子集成電路至關(guān)重要。”

Eggleton教授強調(diào)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(shù)項目都依賴于半導(dǎo)體。

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

S3B主任Nadia Court博士表示：“這項工作符合我們推動半導(dǎo)體技術(shù)進步的使命，為澳大利亞半導(dǎo)體創(chuàng)新的未來帶來了巨大的希望。這一結(jié)果強化了在全球關(guān)注和投資增加的關(guān)鍵時刻本地在研究和設(shè)計方面的優(yōu)勢。”

與澳大利亞國立大學(xué)的科學(xué)家合作設(shè)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(shè)施凈化室內(nèi)建造，該設(shè)施是一座價值1.5億美元的專業(yè)建筑，配備了先進的光刻和沉積設(shè)備。

芯片中的光子電路意味著一個具有令人印象深刻的15吉赫的頻寬，可調(diào)頻率的設(shè)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)研究來說是一次重大的進步。

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

“我們將先進功能集成到半導(dǎo)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(dǎo)體行業(yè)格局。”

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(diào)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了可能性。”