Natuurkundigen van het ARC Center of Excellence for Ultrahigh bandbreedte Devices for Optical Systems (CUDOS) ontwikkelden een nieuw hybride geïntegreerd platform, veelbelovend om een ​​geavanceerder alternatief te zijn voor conventionele geïntegreerde schakelingen. De onderzoekers toonden aan dat hun aanpak massaal produceerbaar is, waardoor het mogelijk wordt om het platform te integreren in alledaagse elektronische apparatuur zoals smartphones. Voor eindgebruikers betekent deze technische vooruitgang dat dit kan leiden tot sneller internet op hun elektronische apparaten van de volgende generatie.

Geïntegreerde schakelingen, zogenaamde chips, worden gebruikt in alledaagse elektronische apparatuur zoals mobiele telefoons en computers. Het is een set elektronische circuits op een klein plat stukje halfgeleidermateriaal, normaal silicium. Maar dit materiaal heeft enkele beperkingen als het gaat om het verwerken van gegevens.

Om deze beperkingen te overwinnen en de gegevensverwerking te verbeteren, onderzoekers ontwikkelen optische circuits van chalcogenideglas. Dit speciale type glas wordt gebruikt voor ultrasnelle telecommunicatienetwerken, informatie overbrengen met de snelheid van het licht.

Het integreren van deze optische glasschakelingen in siliciumchips zou kunnen leiden tot een geavanceerder communicatiesysteem, gegevens honderd keer sneller verwerken. Zijn deze twee materialen te combineren?

Het antwoord is ja! In een samenwerking met natuurkundigen van het Australian Institute for Nanoscale Science and Technology (AINST) van de Universiteit van Sydney, de Australian National University (ANU) en RMIT University, de CUDOS-onderzoeksgroep rond promovendus Blair Morrison en senior onderzoeker dr. Alvaro Casas Bedoya creëerde compact, massaproductie van optische circuits met verbeterde functionaliteiten door niet-lineaire glazen te combineren met materiaal op basis van silicium.

"In de afgelopen jaren heeft de groep van de Universiteit van Sydney herhaaldelijk opwindende functionaliteiten gedemonstreerd, zoals breedbandmicrogolfapparaten die radar- en tegenmaatregeltechnologieën verbeteren, met behulp van deze nieuwe chalcogenideglazen, " zei Blair Morrison van het CUDOS-knooppunt van de Universiteit van Sydney.

"Nu hebben we aangetoond dat het mogelijk is om dit materiaal te combineren met het huidige industriestandaardplatform voor fotonische integratie, silicium, " hij zei.

"We hebben een nieuw niet-lineair glas geïntegreerd in een industrieel schaalbaar CMOS-compatibel platform. We hebben de belangrijkste voordelen van zowel silicium als glas behouden, en maakte een functioneel en efficiënt ultracompact optisch circuit, " zei Dr. Alvaro Casas Bedoya, de hoofdmanager fotonica nanofabricage voor CUDOS.

"Er zal een schat aan nieuwe kansen worden gecreëerd, en dit brengt ons een stap dichter bij het verplaatsen van ons onderzoek van het laboratorium naar industriële toepassingen, ' zei Blair Morrison.

CUDOS-directeur en ARC Laureate Fellow Professor Benjamin Eggleton van de Universiteit van Sydney zei dat deze nieuwe aanpak de industrie op een dag in staat zal stellen de fotonica-functionaliteiten te miniaturiseren van apparaten ter grootte van een laptop tot de grootte van een smartphone en zelfs kleiner, waardoor implementatie in toepassingen in de echte wereld mogelijk is.

"Dit is spannend, omdat dit een platform is dat beter compatibel is met de bestaande productie van halfgeleiders en ons in staat zal stellen meerdere functionaliteiten te integreren op een enkele siliciumchip, met actieve en passieve componenten, zoals detectoren en modulatoren, vereist voor geavanceerde toepassingen, " zei professor Eggleton die het project begeleidde.

Het multi-universitaire onderzoeksteam doorliep het hele productieproces:de fabricage van deze apparaten maakt gebruik van siliciumwafels van een halfgeleidergieterij in België, een speciale faciliteit in ANU's Laser Physics Center voor de depositie van glas, lithografie in de RMIT University's School of Engineering en worden vervolgens gekarakteriseerd en getest in de AINST van de University of Sydney.

Om het potentieel van de nieuwe aanpak te demonstreren, de CUDOS-onderzoekers demonstreerden verder een compacte nieuwe laser op basis van de licht-geluid-interacties, de eerste keer in een geïntegreerde optische schakeling.

"De doorbraak hier is dit besef dat we daadwerkelijk kunnen communiceren, we kunnen dat glas op silicium integreren en we kunnen heel efficiënt van silicium naar het glas communiceren - we kunnen het beste van twee werelden benutten, ' zei professor Eggleton.

Het onderzoek is gepubliceerd in optiek vandaag.

Professor Susan Vijver, de directeur van AINST, benadrukte dat dit project een van de vlaggenschipactiviteiten van AINST is die zich bezighoudt met het benutten van interacties tussen fotonen en fonon op nanoschaal. Dit werk koppelt fundamenteel onderzoek naar interacties van lichte materie op nanoschaal met een eindgebruikersperspectief en sterke koppeling met de industrie.