مختبرات سانديا الوطنية تدمج البصريات المصغرة على رقاقة السيليكون الدقيقة

مختبرات سانديا الوطنية تدمج البصريات المصغرة على رقائق السيليكون! يسمح هذا النهج لمختبرات سانديا الوطنية ببناء بصريات عالية السرعة وعالية النطاق ، بما في ذلك ليزر فوسفيد الإنديوم ومعدلات نيوبات الليثيوم وكاشفات الجرمانيوم وعوازل صوتية ضوئية منخفضة الفقد - جميع المكونات الرئيسية للأنظمة الضوئية عالية الطاقة.
يعد تصنيع الليزر على السيليكون إنجازًا صعبًا تعتقد مختبرات سانديا الوطنية أنه يمكن أن يوسع ريادة الولايات المتحدة في تكنولوجيا أشباه الموصلات. المؤسسات أو المنظمات الأخرى ، بما في ذلك UC Santa Barbara و Intel ، على سبيل المثال ، قامت ببناء ليزر مماثل ، لكن Sandia وسعت فئة الأجهزة القابلة للتكامل. لأول مرة ، يمكن لهذه الأجهزة العمل معًا على شرائح السيليكون الضوئية ، والمعروفة أيضًا باسم الدوائر المتكاملة الضوئية. يتم الآن دمج أجهزة الليزر مع أجهزة بصرية صغيرة أخرى لجعل السيارات ذاتية القيادة أكثر أمانًا ، ومراكز البيانات أكثر كفاءة ، وأجهزة الاستشعار الحيوية أكثر قابلية للحمل ، والرادار وتقنيات الدفاع الأخرى أكثر تنوعًا.
رقائق تجريبية - في مختبرات سانديا الوطنية ، أكثر من 1 ، 000 ليزر تجريبي ومكبرات الصوت "تزين" رقاقة سيليكون مطلية بالذهب بثلاث بوصات.
يسمح هذا النهج لمختبرات سانديا الوطنية ببناء بصريات عالية السرعة وعالية النطاق ، بما في ذلك ليزر فوسفيد الإنديوم ومعدلات نيوبات الليثيوم وكاشفات الجرمانيوم وعوازل صوتية ضوئية منخفضة الفقد - جميع المكونات الرئيسية للأنظمة الضوئية عالية الطاقة.
السيليكون المتكامل هو خطوة حاسمة نحو مستقبل الإنتاج
السيليكون هو شريان الحياة لصناعة أشباه الموصلات ومادة أساسية لتصنيع رقائق الكمبيوتر. ومع ذلك ، فهي من تلقاء نفسها مادة رديئة لصنع الليزر. كان التحدي بالنسبة للباحثين هو ابتكار طريقة للمكونات الضوئية المصنوعة من مواد متعددة للتعايش على رقائق السيليكون الدقيقة.
لا يمكن لهذه المواد أن تلتصق ببعضها البعض ببساطة ، لذلك قام الباحثون بدمجها مع السيليكون في طبقات معقدة ، وهي عملية تُعرف أيضًا باسم التكامل غير المتجانس.
أظهر فريق البحث في Sandia بنجاح تقنيات تكامل غير متجانسة لتصنيع أجهزة السيليكون الهجين: ليزر هجين ومضخمات مصنوعة من فوسفيد الإنديوم والسيليكون ، ومعدِّلات مماثلة مصنوعة من الليثيوم نيوبات والسيليكون ، والتي تشفر المعلومات في الضوء الناتج عن الليزر.
بالإضافة إلى ذلك ، تحت نفس المنصة ، تم تطوير كاشفات الجرمانيوم عالية الطاقة وعالية السرعة لمواكبة تطور الليزر والمعدلات.
تميز الليزر - علماء سانديا بمحاذاة الألياف الضوئية مع ليزر مدمج غير منتظم وغير منتظم تحت المجهر.
بينما نجح فريق أبحاث Sandia في إحراز تقدم في البحث ، إلا أنهم يقولون إنهم بحاجة إلى مزيد من الصقل لنهجهم مع شركاء الصناعة قبل أن تبدأ الرقائق الضوئية في الانطلاق من خط التجميع. في البحث المستقبلي ، يأمل فريق أبحاث Sandia في الجمع بين الليزر ومكونات بصرية أخرى على شريحة واحدة.
هدف مختبرات سانديا الوطنية في بناء ليزر على نطاق الرقائق هو ترجمة التكنولوجيا إلى صناعة. يستخدم الفريق العديد من الأدوات نفسها المستخدمة في صناعة أشباه الموصلات التجارية ، وينتج الليزر أطوال موجية من الضوء تُستخدم عادةً في صناعة الاتصالات السلكية واللاسلكية تسمى C-band و O-band.
يقول فريق البحث في سانديا إنه بمجرد عرض المنصة الضوئية في المختبر الوطني ، يمكنهم نقل التكنولوجيا إلى الشركات الأمريكية ، حيث يمكنهم التركيز على تسويق الإنتاج على نطاق واسع.
تستثمر مختبرات سانديا الوطنية أيضًا في الرقائق الدقيقة الضوئية لأنها تنقل معلومات أكثر من الرقائق التقليدية. لكن فريق البحث في سانديا يقول إن تحديات التصنيع تمنع تبنيها على نطاق واسع. في حين أن التكنولوجيا معروفة جيدًا في المجتمع العلمي ، لا تزال الإلكترونيات مهيمنة على معظم الرقائق الدقيقة.
من خلال منصتها لبناء الدوائر الضوئية ، وضعت Sandia National Laboratories نفسها كشركة رائدة في دعم الصناعة والمنظمات الأخرى في مجال البحث والتطوير في مجال الضوئيات لسنوات قادمة. ومع ذلك ، لا يتم تمويل أبحاث Sandia National Laboratories حاليًا بموجب قانون CHIPS. تريد مختبرات سانديا الوطنية أن تتعاون البلدان الأخرى في التقنيات الجديدة.
وقع الرئيس جو بايدن على قانون CHIPS والعلوم لعام 2022 ، وهو مشروع قانون غير حزبي يوفر 52.7 مليار دولار من الحوافز لصناعة أشباه الموصلات. بينما من المتوقع أن يؤدي هذا التشريع إلى زيادة إنتاج رقائق الكمبيوتر الأمريكية الصنع ، فإنه سيوفر أيضًا التمويل لأشباه الموصلات الضوئية.
كما نعلم جميعًا ، تم وصف قانون الرقائق والعلوم بشكل جميل على أنه سياسة المنح والإعانات للصناعة الأمريكية ، ولكنه في الأساس يقمع نمو صناعة أشباه الموصلات في الصين. يقيد مشروع القانون صراحة المؤسسات ذات الصلة في الصين لبناء الاستثمار أو التوسع في التصنيع المتطور ، مما يعيق بشكل كبير تطوير صناعة أشباه الموصلات في الصين ، وستكون المحاولات الأمريكية من خلال "قانون الرقائق والعلوم" في الصين صناعة أشباه الموصلات "تهميش" الممارسة ، بلا شك "سلوك مهيمن".
قانون الرقائق والعلوم بشأن تأثير الصين ، يؤدي على المدى القصير إلى إمداد غير آمن للقدرة ، وتأخر في توسيع القدرات ، وقيود البحث والتطوير التكنولوجي ؛ وعلى المدى الطويل هو استبعاد الشركات الصينية في مجال المعايير التقنية ، ضاعت الفرصة لتطوير المعايير.
سيؤدي هذا فقط إلى تسريع عملية الإحلال المحلي في الصين ، مما يجبر الصين على تطوير صناعة الرقائق. تعيد الصين بناء دورة محلية كبيرة باعتبارها الهيئة الرئيسية ، ونمط التنمية الجديد ثنائي الدورة المحلي والدولي الذي يعزز كل منهما الآخر ، والذي سيكون مستقبل الأساس الأكثر قوة لصناعة أشباه الموصلات في الصين.