BALMIX - Visszavágás az amerikai szankciókra: kínai tudósok optikai "McChip"-et fejlesztenek

Kína most már tömegesen gyárthat olcsó optikai chipeket? Kép: William Potter, Shutterstock.com

Optikai chipek: Fényrészecskék az adatfeldolgozáshoz

A fotonikus integrált áramkörök (PIC) néven is ismert chipek fotonokat - fényrészecskéket - használnak az információ feldolgozására és továbbítására. Ezek jellemzően több száz fotonikus alkatrészt tartalmaznak, és elsősorban az optikai szálas kommunikációban vagy a fotonikus adatfeldolgozásban használják őket az átviteli sebesség növelése és az energiafogyasztás csökkentése érdekében.

A PIC-ek számos anyagból készülhetnek, többek között lítium-niobát-ból, amelyet az elektronikus adatokat fotonikus információvá alakító tulajdonságai miatt előnyben részesítenek ebben az alkalmazásban.

"E technológia ipari felhasználását azonban akadályozza a magas egy ostyára jutó költség és a korlátozott ostyaméret" - magyarázza a tanulmányban OuXin, a sanghaji Mikrorendszer és Információs Technológiai Intézet professzora és TobiasKippenberg, a lausanne-i Svájci Szövetségi Technológiai Intézet munkatársa.

Lítium-tantalát: a költséghatékony alternatíva

Ou csapata egy alternatív félvezető anyag, a lítium-tantalát (LiTaO3) mellett döntött, amely jobb teljesítményt nyújt, mint a lítium-niobát, és költséghatékony tömeggyártást tesz lehetővé, mivel a gyártási folyamat jobban hasonlít a kereskedelmi szilícium-módszerekre. Az alacsonyabb költségeket a szórakoztatóelektronikai vállalatok kereslete indokolja.

"A lítium-tantalátot már kereskedelmi forgalomba hozták az 5G rádiófrekvenciás szűrőkhöz" - azaz az okostelefonokba - "és alacsony költséggel skálázható gyártást kínál. A lítium-niobát-tal azonos, sőt egyes esetekben jobb tulajdonságokkal rendelkezik" - áll a tanulmányban.

Új módszer a PIC-ek gyártására

A PIC-ek előállítása hasonló az elektronikus integrált áramkörök előállításához, és a lapkák strukturálását litográfiai technikákkal, majd maratással és anyagleválasztással végzik. A csoport kompatibilis feldolgozási technológiákat dolgozott ki a lítium-tantalát ostyákhoz.

Egy mély ultraibolya alapú léptető gyártási folyamat segítségével a csapat kimutatta, hogy a lítium-tantalát maratásával alacsony veszteségű PIC-ek hozhatók létre. A kutatók úgy vélik, hogy ez a technika a precíziós mérésekben és a lézeres képalkotó detektálásban és távolságmérésben is alkalmazható lenne.

A technológiai piacra gyakorolt hatások

Ez a technológia segíthet Kínának csökkenteni az USA és néhány kulcsfontosságú szövetségese által bevezetett korlátozások hatását. E korlátozások közé tartoznak az exportellenőrzések és szankciók, amelyek célja Kína fejlett chipekhez és gyártóberendezésekhez való hozzáférésének korlátozása.

A sanghaji intézet által alapított NovelSiIntegrationTechnology start-up cég már képes az új anyagból készült nyolc hüvelykes ostyák tömeggyártására, és kifejlesztette a kereskedelmi szempontból életképes mikrogyártási módszereket. Ez biztosítja a hazai optikai és rádiófrekvenciás chipek anyagi alapját - számol be az állami China News Service.

"Munkánk megnyitja az utat az alacsony költségű, nagy mennyiségben gyártott, következő generációs elektro-optikai PIC-ek méretezhető előállítása előtt" - hangsúlyozza Ou, kiemelve a lítium-tantalátban rejlő lehetőségeket a vezeték nélküli alkalmazásokban.

Műszaki adatok. Természetvizsgálat

A szerzők tanulmányukról írnak:

A lítium-niobát (LiNbO3) alapú elektro-optikai fotonikus integrált áramkörök (PIC) bizonyították a nagy Pockels-koefficiensű anyagokban rejlő hatalmas lehetőségeket. Ezek lineáris és gyors modulátorokat tesznek lehetővé, amelyek komplementer fém-oxid-félvezető feszültségszinteken működnek, és olyan alkalmazásokban használhatók, mint az adatközponti kommunikáció, a nagy teljesítményű számítástechnika és az AI5 fotonikus gyorsítók.

A technológia ipari felhasználását azonban akadályozza a magas egy ostyára jutó költség és a korlátozott ostyaméret. A magas költség annak köszönhető, hogy más területeken nincsenek nagyszabású alkalmazások, ami felgyorsította a szilícium-szigetelő (SOI) fotonika bevezetését, amit a mikroelektronika területén végrehajtott hatalmas beruházások ösztönöztek.

Ebben a tanulmányban lítium-tantalátból (LiTaO3) készült alacsony veszteségű PIC-ekről számolunk be, amely anyagot már kereskedelmi forgalomban is használnak 5G rádiófrekvenciás szűrőkhöz, és ezért alacsony költséggel méretezhető gyártást tesz lehetővé. Ugyanazokkal, sőt egyes esetekben jobb tulajdonságokkal rendelkezik, mint a LiNbO3.

Megmutatjuk, hogy a LiTaO3 maratásával alacsony veszteségű (dB m-1) PIC-ek állíthatók elő fokozatos mély ultraibolya (DUV) gyártási eljárással. Bemutatunk egy LiTaO3 Mach-Zehnder-modulátort (MZM) 1,9 Vcm félhullámú feszültség-hosszúság termékkel és akár 40 GHz-es elektrooptikai sávszélességgel.

A LiNbO3-hoz képest a LiTaO3 jelentősen kisebb kettőstöréssel rendelkezik, ami nagy sűrűségű áramköröket és szélessávú működést tesz lehetővé minden távközlési sávban.

A platform támogatja továbbá a szolitonmikrofésűk előállítását. Munkánk megnyitja az utat a költséghatékony, következő generációs elektro-optikai PIC-ek méretezhető, nagy sorozatban történő gyártása előtt.

Wang, C., Li, Z., Riemensberger, J. etal. Lithiumtantalatephotonicintegratedcircuitsforvolumemanufacturing. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07369-1

Olvassa el továbbá

Az amerikai kormány visszavonja a Huawei-nek szállított chipek kiviteli engedélyeit

Telepolis