University Of Sydney utvecklar "Lego-liknande" optoelektronisk chiparkitektur

Nyligen uppfann forskare vid University of Sydney Nano Institute (USNI) ett kompakt halvledarchip av kisel, som kommer att vara elektroniska komponenter och fotoniska komponenter integrerade tillsammans. Denna nya teknik utökar radiofrekvensbandbredden avsevärt och förbättrar förmågan att korrekt kontrollera informationen som flödar genom enheten.
Den utökade bandbredden innebär att mer information kan flöda genom chipet och inkluderar fotonik för avancerad filterkontroll, vilket skapar mångsidiga nya halvledarenheter.
Forskarna räknar med att chippet kommer att användas i utbyggnaden av avancerad radar, satellitsystem, trådlösa nätverk och 6G och 7G telekommunikation, och öppnar dörren till avancerad autonom tillverkning. Det kan också hjälpa till att etablera högteknologiska mervärdesfabriker på platser som västra Sydneys Aerotropolis.
Chipet använder en framväxande kiselfotonikteknik som kan integrera flera system på halvledare som är mindre än 5 millimeter breda. Rektor Professor Ben Eggleton, som ledde forskargruppen, liknade det vid att sätta ihop Legos, med hjälp av små elektroniska chips för att integrera nya material genom avancerad komponentförpackning.
Forskning om uppfinningen har publicerats i Nature Communications.
Dr. Alvaro Casas Bedoya, biträdande direktör för Photonic Integration i School of Physics, som ledde chipdesignen, sa att det unika tillvägagångssättet för heterogen materialintegration har varit på gång i 10 år.
Användningen av utländska halvledargjuterier för att tillverka de grundläggande chipwafers, i kombination med lokal forskningsinfrastruktur och tillverkning, var avgörande för utvecklingen av sådana fotoniska integrerade kretsar", sa han. Denna arkitektur innebär att Australien kan utveckla sin egen egen chiptillverkning utan att helt behöva förlita sig på internationella gjuterier för mervärdesprocesser."
Professor Eggleton betonade att de flesta av punkterna på den australiska regeringens lista över nyckelteknologier av nationellt intresse är beroende av halvledare. Han hävdade att uppfinningen innebär att Sydney Nanos arbete passar bra med initiativ som NSW Government-sponsrade Semiconductor Sector Services Bureau (S3B) i Australien, som syftar till att utveckla det lokala halvledarekosystemet.
Dr. Nadia Court, direktör för S3B, kommenterade: "Detta arbete är förenligt med vårt uppdrag att driva halvledarteknologi framåt och har ett stort löfte för framtiden för halvledarinnovation i Australien. Detta resultat stärker lokala styrkor inom forskning och design vid en kritisk tidpunkt av ökat globalt intresse och investeringar i sektorn."
Den integrerade kretsen designades i samarbete med forskare från Australian National University och byggdes i ett renrum i kärnforskningsanläggningen vid University of Sydneys Center for Nanoscience, en specialbyggd A$150 miljoner (US$100 miljoner / €92 miljoner) byggnad med avancerad litografi och deponeringsutrustning.
De fotoniska kretsarna i chippet, som kommer att användas för att skapa en enhet med en avstämbar frekvens med en bandbredd på 15 gigahertz, med en spektral upplösning ner till bara 37 MHz, mindre än en fjärdedel av den totala bandbredden, sa professor Eggleton, " Ledd av vår doktorand Matthew Garrett, är denna uppfinning en mikrovågsfotonik och integrerad fotonikforskning betydande framsteg."
"Mikrovågsfotoniska filter spelar en viktig roll i moderna kommunikations- och radartillämpningar och ger flexibiliteten att exakt filtrera olika frekvenser, minska elektromagnetisk störning och förbättra signalkvaliteten. Vårt innovativa tillvägagångssätt för att integrera avancerad funktionalitet i halvledarchips, särskilt den heterogena integrationen av svavel- baserat glas med kisel, har potential att omforma det lokala halvledarlandskapet."
Medförfattare och seniorforskare Dr. Moritz Merklein sa: "Detta arbete banar väg för en ny generation av kompakta, högupplösta RF-fotoniska filter med bredbandsfrekvensavstämning, vilket är särskilt fördelaktigt för luftburna och rymdburna RF-kommunikationsnyttolaster, vilket öppnar upp möjligheter till förbättrad kommunikation och avkänningsförmåga."