Τα Εθνικά Εργαστήρια Sandia ενσωματώνουν Miniature Optics σε μικροτσίπ πυριτίου

Το Sandia National Laboratories ενσωματώνει μικροσκοπικά οπτικά σε μικροτσίπ πυριτίου! Αυτή η προσέγγιση επιτρέπει στα Εθνικά Εργαστήρια Sandia να κατασκευάζουν οπτικά υψηλού εύρους ζώνης, υψηλής ταχύτητας, συμπεριλαμβανομένων λέιζερ φωσφιδίου ινδίου, διαμορφωτές νιοβικού λιθίου, ανιχνευτές γερμανίου και ακουστικο-οπτικά απομονωτήρες χαμηλής απώλειας - όλα τα βασικά συστατικά των οπτικών συστημάτων υψηλής ισχύος.
Η κατασκευή λέιζερ σε πυρίτιο είναι ένα δύσκολο κατόρθωμα που πιστεύει η Sandia National Laboratories ότι θα μπορούσε να επεκτείνει την ηγετική θέση των ΗΠΑ στην τεχνολογία ημιαγωγών. Άλλα ιδρύματα ή οργανισμοί, συμπεριλαμβανομένων των UC Santa Barbara και Intel, για παράδειγμα, έχουν κατασκευάσει παρόμοια λέιζερ, αλλά η Sandia έχει επεκτείνει την κατηγορία των ενσωματώσιμων συσκευών. Για πρώτη φορά, αυτές οι συσκευές μπορούν να συνεργαστούν σε μικροτσίπ οπτικού πυριτίου, γνωστά και ως φωτονικά ολοκληρωμένα κυκλώματα. Τα λέιζερ συνδυάζονται τώρα με άλλες μικροσκοπικές οπτικές συσκευές για να κάνουν τα αυτοοδηγούμενα αυτοκίνητα πιο ασφαλή, τα κέντρα δεδομένων πιο αποτελεσματικά, τους βιοαισθητήρες πιο φορητούς και τα ραντάρ και άλλες αμυντικές τεχνολογίες πιο ευέλικτες.
Πειραματικές γκοφρέτες - Στα Εθνικά Εργαστήρια Sandia, περισσότερα από 1,000 πειραματικά λέιζερ και ενισχυτές "στολίζουν" μια επίχρυση γκοφρέτα σιλικόνης τριών ιντσών.
Αυτή η προσέγγιση επιτρέπει στα Εθνικά Εργαστήρια Sandia να κατασκευάζουν οπτικά υψηλού εύρους ζώνης, υψηλής ταχύτητας, συμπεριλαμβανομένων λέιζερ φωσφιδίου ινδίου, διαμορφωτές νιοβικού λιθίου, ανιχνευτές γερμανίου και ακουστικο-οπτικά απομονωτήρες χαμηλής απώλειας - όλα τα βασικά συστατικά των οπτικών συστημάτων υψηλής ισχύος.
Το ολοκληρωμένο πυρίτιο είναι ένα κρίσιμο βήμα προς το μέλλον της παραγωγής
Το πυρίτιο είναι η ψυχή της βιομηχανίας ημιαγωγών και απαραίτητο υλικό για την κατασκευή τσιπ υπολογιστών. Από μόνο του, όμως, είναι ένα άθλιο υλικό για την κατασκευή λέιζερ. Η πρόκληση για τους ερευνητές ήταν να επινοήσουν έναν τρόπο ώστε τα οπτικά εξαρτήματα που κατασκευάζονται από πολλαπλά υλικά να συνυπάρχουν σε μικροτσίπ πυριτίου.
Αυτά τα υλικά δεν μπορούν απλά να κολλήσουν μεταξύ τους, έτσι οι ερευνητές τα συντήξαν με πυρίτιο σε πολύπλοκα στρώματα, μια διαδικασία γνωστή και ως ετερογενής ολοκλήρωση.
Η ερευνητική ομάδα της Sandia έδειξε με επιτυχία ετερογενείς τεχνικές ολοκλήρωσης για την κατασκευή συσκευών υβριδικού πυριτίου: υβριδικά λέιζερ και ενισχυτές από φωσφίδιο του ινδίου και πυρίτιο και παρόμοιους διαμορφωτές από νιοβικό λίθιο και πυρίτιο, που κωδικοποιούν πληροφορίες στο φως που παράγεται από το λέιζερ.
Επιπλέον, κάτω από την ίδια πλατφόρμα, έχουν αναπτυχθεί ανιχνευτές γερμανίου υψηλής ισχύος και υψηλής ταχύτητας για να συμβαδίζουν με την ανάπτυξη λέιζερ και διαμορφωτών.
Χαρακτηριστικά λέιζερ-Οι επιστήμονες της Sandia ευθυγραμμίζουν τις οπτικές ίνες με ανομοιόμορφα ενσωματωμένα λέιζερ σε κλίμακα τσιπ κάτω από ένα μικροσκόπιο.
Ενώ η ερευνητική ομάδα της Sandia κατάφερε να σημειώσει πρόοδο στην έρευνα, λένε ότι πρέπει να βελτιώσουν περαιτέρω την προσέγγισή τους με τους εταίρους της βιομηχανίας προτού αρχίσουν τα φωτονικά τσιπ να ξεφεύγουν από τη γραμμή συναρμολόγησης. Σε μελλοντική έρευνα, η ερευνητική ομάδα Sandia ελπίζει να συνδυάσει λέιζερ με άλλα οπτικά στοιχεία σε ένα μόνο τσιπ.
Ο στόχος των Εθνικών Εργαστηρίων Sandia στην κατασκευή λέιζερ κλίμακας τσιπ είναι να μεταφράσει την τεχνολογία στη βιομηχανία. Η ομάδα χρησιμοποιεί πολλά από τα ίδια εργαλεία που χρησιμοποιούνται στα εμπορικά εργοστάσια ημιαγωγών και τα λέιζερ παράγουν μήκη κύματος φωτός που χρησιμοποιούνται συνήθως στη βιομηχανία των τηλεπικοινωνιών που ονομάζονται C-band και O-band.
Η ερευνητική ομάδα Sandia λέει ότι μόλις επιδείξουν τη φωτονική πλατφόρμα στο εθνικό εργαστήριο, μπορούν να περάσουν την τεχνολογία σε αμερικανικές εταιρείες, όπου μπορούν να επικεντρωθούν στην εμπορευματοποίηση της παραγωγής μεγαλύτερης κλίμακας.
Η Sandia National Laboratories επενδύει επίσης σε οπτικά μικροτσίπ επειδή μεταδίδουν περισσότερες πληροφορίες από τα παραδοσιακά τσιπ. Αλλά η ερευνητική ομάδα της Sandia λέει ότι οι προκλήσεις παραγωγής εμποδίζουν την ευρεία υιοθέτησή τους. Ενώ η τεχνολογία είναι πολύ γνωστή στην επιστημονική κοινότητα, τα ηλεκτρονικά εξακολουθούν να κυριαρχούν στα περισσότερα μικροτσίπ.
Με την πλατφόρμα της για την κατασκευή φωτονικών κυκλωμάτων, τα Εθνικά Εργαστήρια Sandia έχει τοποθετηθεί ως ηγέτης στην υποστήριξη της βιομηχανίας και άλλων οργανισμών στην έρευνα και ανάπτυξη φωτονικής για τα επόμενα χρόνια. Ωστόσο, η έρευνα των Εθνικών Εργαστηρίων Sandia δεν χρηματοδοτείται επί του παρόντος βάσει του νόμου CHIPS. Η Sandia National Laboratories θέλει άλλες χώρες να συνεργαστούν σε νέες τεχνολογίες.
Ο Πρόεδρος Τζο Μπάιντεν υπέγραψε τον Νόμο για τα CHIPS και την Επιστήμη του 2022, ένα ακομμάτιστο νομοσχέδιο που παρέχει κίνητρα 52,7 δισεκατομμυρίων δολαρίων για τη βιομηχανία ημιαγωγών. Ενώ αυτή η νομοθεσία αναμένεται να αυξήσει την παραγωγή τσιπ υπολογιστών κατασκευής ΗΠΑ, θα παρέχει επίσης χρηματοδότηση για φωτονικούς ημιαγωγούς.
Όπως όλοι γνωρίζουμε, ο νόμος Chip and Science περιγράφεται όμορφα ως μια πολιτική επιχορηγήσεων και επιδοτήσεων για τη βιομηχανία των ΗΠΑ, αλλά ουσιαστικά καταστέλλει την ανάπτυξη της βιομηχανίας ημιαγωγών της Κίνας. Το νομοσχέδιο περιορίζει ρητά τις σχετικές επιχειρήσεις στην Κίνα να χτίσουν επενδύσεις ή να επεκτείνουν προηγμένες βιομηχανίες παραγωγής, εμποδίζοντας σε μεγάλο βαθμό την ανάπτυξη της βιομηχανίας ημιαγωγών της Κίνας, οι προσπάθειες των ΗΠΑ μέσω του "Chip and Science Act" θα είναι η βιομηχανία ημιαγωγών της Κίνας "περιθωριοποίηση" της πρακτικής , αναμφίβολα «ηγεμονική συμπεριφορά».
Chip and Science Act σχετικά με τον αντίκτυπο της Κίνας, το βραχυπρόθεσμο αποτέλεσμα σε ανασφαλή παροχή χωρητικότητας, υστέρηση επέκτασης χωρητικότητας, περιορισμοί τεχνολογίας Ε & Α. και μακροπρόθεσμα είναι να αποκλείσει κινεζικές επιχειρήσεις στον τομέα των τεχνικών προτύπων, έχασε την ευκαιρία να αναπτύξουν πρότυπα.
Αυτό θα τονώσει μόνο την επιτάχυνση της εγχώριας διαδικασίας υποκατάστασης της Κίνας, αναγκάζοντας την Κίνα να αναπτύξει τη βιομηχανία τσιπ. Η Κίνα ανοικοδομεί έναν μεγάλο εγχώριο κύκλο ως κύριο σώμα, το εγχώριο και το διεθνές διπλού κύκλου αλληλοενισχυόμενου νέου μοτίβου ανάπτυξης, το οποίο θα είναι το μέλλον της πιο εύρωστης βάσης της κινεζικής βιομηχανίας ημιαγωγών.