Sandia Labs發明一種硅上集成微光學器件的方法

據麥姆斯咨詢報道，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）的科學家開發出一種新型硅上集成微型激光器，并可以與其它微光學器件相結合。相關研發人員表示，該研究進展將有效提升自動駕駛汽車、數據中心、生化傳感器和國防軍事等領域的技術水平。

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。該方法能夠創建高帶寬、高速的微光學器件，包括磷化銦（InP）激光器、鈮酸鋰調制器、鍺探測器和低損耗聲光隔離器。

Sandia Labs在8月1日發布的聲明中指出：“在硅上制造激光器是一項具有挑戰性且不尋常的壯舉，可以擴大美國在半導體技術領域的領先地位。包括美國加州大學圣塔芭芭拉分校（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器件類別。這些器件第一次可以在光學微芯片或光子集成電路（PIC）上協同工作?！?/p>

Sandia Labs科學家Patrick Chu解釋說：“該研究進展使得美國能夠領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合負責人，該中心由60多名光子科學家和工程師組成，位于Sandia Labs的微系統工程、科學和應用綜合體。

“硅是半導體行業的命脈，也是制造計算機芯片的優質材料。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科學家、新集成工藝的聯合發明人Ashok Kodigala評論道。

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

Sandia Labs團隊成功演示了異質集成技術來創建混合式硅器件：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制器——其對激光器產生的光信息進行編碼。

Sandia Labs表示半導體工廠現在就可以利用其新的異質集成技術。Sandia Labs建造了芯片級激光器，目標是將該技術轉移到工業量產領域。因此，該研究團隊使用了許多與商業半導體工廠相同的工藝設備。

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授權給美國商業化公司，他們可以專注于更大規模的生產與應用拓展?！?/p>

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

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

Sandia Labs補充說，“我們還在投資研發光學微芯片，因為它們比傳統硅芯片能夠更快傳輸數據，不過制造方面的挑戰阻礙了它們的廣泛采用。盡管這項技術在科學界眾所周知，但在大多數微芯片方面，微電子技術仍然占據主導地位?！?/p>

Sandia Labs的定位是在未來幾年支持行業和其他機構進行光子學相關技術研究和開發，盡管Sandia Labs的研究目前沒有得到《芯片和科學法案》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《芯片和科學法案》使命的一種方式。Sandia Labs渴望與其他人員合作并共同構建新的技術?！?/p>

審核編輯：劉清