據(jù)麥姆斯咨詢報道，近期，位于美國新墨西哥州阿爾伯克基的桑迪亞國家實驗室（Sandia Labs）的科學(xué)家開發(fā)出一種新型硅上集成微型激光器，并可以與其它微光學(xué)器件相結(jié)合。相關(guān)研發(fā)人員表示，該研究進展將有效提升自動駕駛汽車、數(shù)據(jù)中心、生化傳感器和國防軍事等領(lǐng)域的技術(shù)水平。

Sandia Labs因其將多種不同材料集成于硅襯底的新方法而獲得了專利。該方法能夠創(chuàng)建高帶寬、高速的微光學(xué)器件，包括磷化銦（InP）激光器、鈮酸鋰調(diào)制器、鍺探測器和低損耗聲光隔離器。

Sandia Labs在8月1日發(fā)布的聲明中指出：“在硅上制造激光器是一項具有挑戰(zhàn)性且不尋常的壯舉，可以擴大美國在半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。包括美國加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校（UC Santa Barbara）和英特爾（Intel）等組織也制造了類似的激光器，但是Sandia Labs擴大了可集成的光學(xué)器件類別。這些器件第一次可以在光學(xué)微芯片或光子集成電路（PIC）上協(xié)同工作?！?/p>

Sandia Labs科學(xué)家Patrick Chu解釋說：“該研究進展使得美國能夠領(lǐng)先并減少對外國制造能力的依賴?！盤atrick Chu是美國國家安全光子中心的聯(lián)合負責(zé)人，該中心由60多名光子科學(xué)家和工程師組成，位于Sandia Labs的微系統(tǒng)工程、科學(xué)和應(yīng)用綜合體。

“硅是半導(dǎo)體行業(yè)的命脈，也是制造計算機芯片的優(yōu)質(zhì)材料。然而，就其本身而言，它是一種很糟糕的制造激光器的材料?！盨andia Labs科學(xué)家、新集成工藝的聯(lián)合發(fā)明人Ashok Kodigala評論道。

Ashok Kodigala面臨的挑戰(zhàn)是設(shè)計一種讓多種材料制成的光學(xué)器件在硅微芯片上共存的方法。Ashok Kodigala將光學(xué)器件以復(fù)雜的層形式融合于硅上，這一過程也稱為異質(zhì)集成。

Sandia Labs團隊成功演示了異質(zhì)集成技術(shù)來創(chuàng)建混合式硅器件：由磷化銦和硅制成的激光器和放大器，以及由鈮酸鋰和硅制成的調(diào)制器——其對激光器產(chǎn)生的光信息進行編碼。

Sandia Labs表示半導(dǎo)體工廠現(xiàn)在就可以利用其新的異質(zhì)集成技術(shù)。Sandia Labs建造了芯片級激光器，目標是將該技術(shù)轉(zhuǎn)移到工業(yè)量產(chǎn)領(lǐng)域。因此，該研究團隊使用了許多與商業(yè)半導(dǎo)體工廠相同的工藝設(shè)備。

Ashok Kodigala說：“一旦我們展示出這種光子集成平臺，那么就可以將這項技術(shù)授權(quán)給美國商業(yè)化公司，他們可以專注于更大規(guī)模的生產(chǎn)與應(yīng)用拓展?！?/p>

Ashok Kodigala在Sandia Labs定向研究和開發(fā)計劃的資助下構(gòu)思了他的方法，并在美國國防高級研究計劃局（DARPA）的“通用微光學(xué)系統(tǒng)激光器”計劃下開發(fā)了硅上集成微光學(xué)器件的方法。

2022年，美國總統(tǒng)喬·拜登（Joe Biden）簽署了《芯片和科學(xué)法案（CHIPS and Science Act）》——為半導(dǎo)體行業(yè)提供527億美元的政府補貼資金。雖然這項立法預(yù)計將增加美國制造的硅芯片產(chǎn)量，但它也為光子半導(dǎo)體提供了資金支持。

Sandia Labs補充說，“我們還在投資研發(fā)光學(xué)微芯片，因為它們比傳統(tǒng)硅芯片能夠更快傳輸數(shù)據(jù)，不過制造方面的挑戰(zhàn)阻礙了它們的廣泛采用。盡管這項技術(shù)在科學(xué)界眾所周知，但在大多數(shù)微芯片方面，微電子技術(shù)仍然占據(jù)主導(dǎo)地位。”

Sandia Labs的定位是在未來幾年支持行業(yè)和其他機構(gòu)進行光子學(xué)相關(guān)技術(shù)研究和開發(fā)，盡管Sandia Labs的研究目前沒有得到《芯片和科學(xué)法案》的資助。Patrick Chu補充道：“由于我們的工藝平臺是可擴展的，因此這是我們支持《芯片和科學(xué)法案》使命的一種方式。Sandia Labs渴望與其他人員合作并共同構(gòu)建新的技術(shù)?！?/p>

審核編輯：劉清