[技术前沿]像乐高一样组装“光芯片”

悉尼大学纳米研究所的研究人员发明了一种紧凑的硅半导体芯片，该芯片将电子器件与光子或光组件集成在一起。新技术显着扩展了射频 (RF) 带宽以及精确控制流经设备的信息的能力。

扩大的带宽意味着更多的信息可以流经芯片，并且光子学的包含允许先进的滤波器控制，从而创建多功能的新型半导体器件。

研究人员预计该芯片将应用于先进雷达、卫星系统、无线网络以及6G和7G电信的推出，并为先进主权制造打开大门。它还可以帮助在西悉尼的航空大都会区等地创建高科技增值工厂。

该芯片采用硅光子学新兴技术构建，允许在宽度小于5毫米的半导体上集成不同的系统。领导该研究团队的副校长（研究）本·埃格尔顿（Ben Eggleton）教授将其比作拼装乐高积木，其中新材料通过先进的组件封装，使用电子“小芯片”来集成。

该发明的研究成果发表在《自然通讯》杂志上。

负责芯片设计的物理学院光子集成副主任Alvaro Casas Bedoya博士表示，这种异质材料集成的独特方法已经酝酿了10年。

他说：“将海外半导体代工厂与当地研究基础设施和制造相结合来制造基本芯片晶圆，对于开发这种光子集成电路至关重要。”

“这种架构意味着澳大利亚可以开发自己的主权芯片制造，而无需完全依赖国际代工厂进行增值过程。”

Eggleton教授强调了这样一个事实：联邦政府国家利益关键技术清单上的大部分项目都依赖于半导体。

他表示，这项发明意味着悉尼纳米公司的工作非常适合新南威尔士州政府赞助的半导体部门服务局（S3B）等旨在发展当地半导体生态系统的举措。

S3B总监Nadia Court博士表示：“这项工作符合我们推动半导体技术进步的使命，为澳大利亚半导体创新的未来带来了巨大希望。这一成果在关键时刻增强了当地的研究和设计实力全球对该行业的关注和投资不断增加。”

该集成电路是与澳大利亚国立大学的科学家合作设计的，在悉尼大学纳米科学中心的核心研究设施洁净室建造，这是一座耗资1.5亿美元专门建造的建筑，配有先进的光刻和沉积设施。

芯片中的光子电路意味着该设备具有令人印象深刻的15 GHz可调频率带宽，光谱分辨率低至仅37 MHz，不到总带宽的四分之一。

Eggleton教授表示：“在我们令人印象深刻的博士生Matthew Garrett的领导下，这项发明是微波光子学和集成光子学研究的重大进步。

“微波光子滤波器在现代通信和雷达应用中发挥着至关重要的作用，它可以灵活地精确过滤不同频率，减少电磁干扰并提高信号质量。

“我们将先进功能集成到半导体芯片中的创新方法，特别是硫族化物玻璃与硅的异质集成，有可能重塑当地半导体格局。”

合著者兼高级研究员Moritz Merklein博士表示：“这项工作为具有宽带频率可调性的新一代紧凑型高分辨率射频光子滤波器铺平了道路，特别有利于空中和星载射频通信有效载荷，为增强的通信和传感能力。”

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https://phys.org/news/2023-12-photonic-chip-lego-door-semiconductor.html