Sandia National Laboratories משלבת אופטיקה מיניאטורית על מיקרו-שבב סיליקון

Sandia National Laboratories משלבת אופטיקה מיניאטורית על שבבי סיליקון! גישה זו מאפשרת למעבדות הלאומיות של Sandia לבנות אופטיקה ברוחב פס גבוה ובמהירות גבוהה, כולל לייזרים אינדיום פוספיד, מאפננים ליתיום ניובאט, גלאי גרמניום ומבודדים אקוסטו-אופטיים בהפסד נמוך - כולם מרכיבי מפתח של מערכות אופטיות בעלות הספק גבוה.
ייצור לייזרים על סיליקון הוא הישג מאתגר ש-Sandia National Laboratories מאמינים שיכול להרחיב את ההובלה של ארה"ב בטכנולוגיית מוליכים למחצה. מוסדות או ארגונים אחרים, כולל UC סנטה ברברה ואינטל, למשל, בנו לייזרים דומים, אבל Sandia הרחיבה את מחלקת המכשירים המשולבים. בפעם הראשונה, מכשירים אלה יכולים לעבוד יחד על שבבי סיליקון אופטיים, הידועים גם כמעגלים משולבים פוטוניים. הלייזרים משולבים כעת עם מכשירים אופטיים זעירים אחרים כדי להפוך מכוניות לנהיגה עצמית בטוחות יותר, מרכזי נתונים יעילים יותר, חיישנים ביולוגיים ניידים יותר, וטכנולוגיות מכ"ם והגנה אחרות למגוון יותר.
פרוסות ניסוי - במעבדות הלאומיות של Sandia, יותר מ-1,000 לייזרים ומגברים ניסיוניים "מעטרים" פרוסות סיליקון מצופה זהב בגודל שלושה אינץ'.
גישה זו מאפשרת למעבדות הלאומיות של Sandia לבנות אופטיקה ברוחב פס גבוה ובמהירות גבוהה, כולל לייזרים אינדיום פוספיד, מאפננים ליתיום ניובאט, גלאי גרמניום ומבודדים אקוסטו-אופטיים בהפסד נמוך - כולם מרכיבי מפתח של מערכות אופטיות בעלות הספק גבוה.
סיליקון משולב הוא צעד קריטי לקראת עתיד הייצור
סיליקון הוא נשמת אפה של תעשיית המוליכים למחצה וחומר חיוני לייצור שבבי מחשב. אולם בפני עצמו, זהו חומר עלוב לייצור לייזרים. האתגר של החוקרים היה לתכנן דרך לרכיבים אופטיים העשויים ממספר חומרים להתקיים במקביל על שבבי סיליקון.
החומרים האלה לא יכולים פשוט להיצמד זה לזה, אז החוקרים איחו אותם עם סיליקון לשכבות מורכבות, תהליך המכונה גם אינטגרציה הטרוגנית.
צוות המחקר של Sandia הוכיח בהצלחה טכניקות אינטגרציה הטרוגניות לייצור מכשירי סיליקון היברידיים: לייזרים היברידיים ומגברים העשויים מאינדיום פוספיד וסיליקון, ומאפננים דומים העשויים מליתיום ניובאט וסיליקון, המקודדים מידע באור המיוצר על ידי הלייזר.
בנוסף, תחת אותה פלטפורמה פותחו גלאי גרמניום בעוצמה גבוהה ובמהירות גבוהה כדי לעמוד בקצב הפיתוח של לייזרים ומאפננים.
אפיון לייזרים - מדעני Sandia מיישרים סיבים אופטיים עם לייזרים משולבים בקנה מידה של שבבים, לא אחידים תחת מיקרוסקופ.
בעוד שצוות המחקר של Sandia הצליח להתקדם במחקר, הם אומרים שהם צריכים לחדד עוד יותר את הגישה שלהם עם שותפים בתעשייה לפני ששבבים פוטוניים יתחילו להתגלגל מפס הייצור. במחקר עתידי, צוות המחקר של Sandia מקווה לשלב לייזרים עם רכיבים אופטיים אחרים על שבב בודד.
מטרת המעבדות הלאומיות של Sandia בבניית לייזרים בקנה מידה שבבים היא לתרגם את הטכנולוגיה לתעשייה. הצוות משתמש ברבים מאותם כלים המשמשים בייצורי מוליכים למחצה מסחריים, והלייזרים מייצרים אורכי גל של אור המשמשים בדרך כלל בתעשיית הטלקומוניקציה הנקראים C-band ו-O-band.
צוות המחקר של Sandia אומר שברגע שהם מדגימים את הפלטפורמה הפוטונית במעבדה הלאומית, הם יכולים להעביר את הטכנולוגיה לחברות אמריקאיות, שם הם יכולים להתמקד במסחור של ייצור בקנה מידה גדול יותר.
Sandia National Laboratories משקיעה גם בשבבים אופטיים מכיוון שהם מעבירים יותר מידע מאשר שבבים מסורתיים. אבל צוות המחקר של Sandia אומר כי אתגרי הייצור מונעים את האימוץ הנרחב שלהם. בעוד שהטכנולוגיה מוכרת היטב בקהילה המדעית, האלקטרוניקה עדיין שולטת ברוב השבבים.
עם הפלטפורמה שלה לבניית מעגלים פוטונים, Sandia National Laboratories מיקמה את עצמה כמובילה בתמיכה בתעשייה ובארגונים אחרים במחקר ופיתוח פוטוניקה במשך שנים רבות. עם זאת, המחקר של Sandia National Laboratories אינו ממומן כעת במסגרת חוק ה-CHIPS. Sandia National Laboratories רוצה שמדינות אחרות ישתפו פעולה בטכנולוגיות חדשות.
הנשיא ג'ו ביידן חתם על חוק ה-CHIPS והמדע של 2022, הצעת חוק לא מפלגתית המעניקה תמריצים של 52.7 מיליארד דולר לתעשיית המוליכים למחצה. בעוד שחקיקה זו צפויה להגביר את הייצור של שבבי מחשב מתוצרת ארה"ב, היא גם תספק מימון עבור מוליכים למחצה פוטוניים.
כפי שכולנו יודעים, חוק השבבים והמדע מתואר בצורה יפה כמדיניות של מענקים וסובסידיות לתעשייה האמריקאית, אבל בעצם מדכא את הצמיחה של תעשיית המוליכים למחצה בסין. הצעת החוק מגבילה במפורש את המפעלים הרלוונטיים בסין לבנות השקעות או הרחבות של ייצור מתקדם, מה שמפריע מאוד להתפתחות תעשיית המוליכים למחצה בסין, ניסיונות ארה"ב באמצעות "חוק השבבים והמדע" יהיו "הוצאה לשוליים" של תעשיית המוליכים למחצה בסין. , ללא ספק "התנהגות הגמונית".
חוק השבבים והמדע על ההשפעה של סין, ההובילה לטווח הקצר לאספקה ​​לא בטוחה של קיבולת, פיגור הרחבת קיבולת, אילוצי מו"פ טכנולוגיים; ולטווח ארוך הוא להוציא מפעלים סיניים בתחום של תקנים טכניים, איבד את ההזדמנות לפתח תקנים.
זה רק ימריץ את האצת תהליך ההחלפה המקומי של סין, ויאלץ את סין לפתח את תעשיית השבבים. סין בונה מחדש מחזור מקומי גדול כגוף עיקרי, המחזור הכפול המקומי והבינלאומי מחזק הדדית את דפוס הפיתוח החדש, שיהווה את העתיד של הבסיס החזק ביותר של תעשיית המוליכים למחצה בסין.