Revolucija u Silikonskoj Fotonici: Rješenje za Integraciju Lasera
Silicijska fotonika predstavlja inovativni pristup prijenosu podataka koristeći svjetlost umjesto električnih signala. Međutim, s obzirom na to da sam silikon ne može učinkovito generirati svjetlost, potrebni su laseri kao izvor svjetlosti. Tradicionalno postavljanje lasera na čipove predstavljalo je izazov jer silikon, materijal često prisutan u pijesku, nije pogodan za izradu lasera. Osim toga, najbolji materijali za lasere, poput arsenida galija (GaAs), ne funkcioniraju dobro u kombinaciji sa silikonom. Postojeće metode zahtijevaju spajanje ovih materijala na silikon, što je proces koji je skup i neefikasan.
Imecovo Inovativno Rješenje
Istraživači iz belgijskog istraživačkog centra Imec pronašli su rješenje ovog problema razvijajući lasere izravno na silikonu. Ovaj otkriće moglo bi dovesti do jeftinijih i skalabilnijih fotonskih uređaja, koji bi mogli transformirati primjene u ključnoj tehnologiji poput komunikacije podataka, strojnog učenja i umjetne inteligencije.
Metoda razvijena od strane Imeca, opisana u radu objavljenom u časopisu Nature, oslanja se na tehnologiju inženjeringa nano-ridža koja ograničava defekte koji bi inače degradirali performanse lasera. Proces započinje prekrivanjem silikonske ploče slojem silicijevog dioksida i ukopavanjem u žljebove u obliku strelice, što IEEE Spectrum opisuje kao „poput polja koje se oralo prije sadnje“.
Nakon toga, arsenid galija se taloži u ove žljebove, pri čemu kontaktira silikon samo na dnu. Ova pozicija drži sve defekte zakopane unutar žljeba, sprječavajući širenje u laserski materijal iznad.
Tehničke Karakteristike Lasera
Laseri koriste višekvantne bunare od indij-galij arsenida (InGaAs) kao optički pojačivač i ugrađeni su u strukturama dopiranih p-i-n dioda. Oni rade na sobnoj temperaturi uz kontinuiranu električnu injekciju, postizajući prag struja koje iznose samo 5 mA i izlazne snage do 1,75 mW.
Bernardette Kunert, znanstvena direktorica u Imecu, izjavila je: „Tijekom proteklih godina, Imec je bio pionir u inženjeringu nano-ridža, tehnici koja se oslanja na SAG (odabrani rast područja) i ART (zarobljavanje omjera aspekata) kako bi se rasli nano-ridževi niske defektivnosti izvan žljebova.”
Potencijali i Budućnost
Imec je sada iskoristio koncept inženjeringa III-V nano-ridža kako bi demonstrirao prvu potpunu proizvodnju lasera temeljenog na GaAs-u na standardnim silikonskim pločama od 300 mm, potpuno unutar CMOS pilot proizvodne linije. Laseri emitiraju svjetlost na valnoj duljini od 1,020 nanometara, što, kako primjećuje IEEE Spectrum, predstavlja kraću valnu duljinu od onih koje se obično koriste u telekomunikacijama.
Istraživači Imeca aktivno rade na produžetku valne duljine i poboljšanju dizajna radi smanjenja defekata blizu električnih kontakata. Ako budu uspješni, ovaj pristup mogao bi pružiti skalabilno i isplativo rješenje za integraciju lasera u silicijsku fotoniku, otvarajući put prema visokoperformantnim optičkim uređajima budućnosti.
Zaključak
Ova inovativna istraživanja Imeca ne samo da predstavljaju značajan korak naprijed u tehnologiji silicijske fotonike, već i poboljšavaju mogućnosti za buduće aplikacije. Implementacija lasera na silicijskim čipovima mogla bi dovesti do značajnih poboljšanja u raznim industrijama, zajedno s novim tehnološkim rješenjima koja možemo očekivati u bliskoj budućnosti.
