Onderzoekers van het Nano Institute van de Universiteit van Sydney hebben een compacte silicium halfgeleiderchip uitgevonden die elektronica integreert met fotonische of lichte componenten. De nieuwe technologie breidt de radiofrequentiebandbreedte (RF) aanzienlijk uit en de mogelijkheid om de informatie die door het apparaat stroomt nauwkeurig te controleren.

De grotere bandbreedte betekent dat er meer informatie door de chip kan stromen en de opname van fotonica maakt geavanceerde filtercontroles mogelijk, waardoor een veelzijdig nieuw halfgeleiderapparaat ontstaat.

Onderzoekers verwachten dat de chip toepassingen zal hebben in geavanceerde radar-, satellietsystemen, draadloze netwerken en de uitrol van 6G- en 7G-telecommunicatie, en ook de deur zal openen voor geavanceerde soevereine productie. Het zou ook kunnen helpen bij de oprichting van hightech fabrieken met toegevoegde waarde op plaatsen zoals het Aerotropolis-district in West-Sydney.

De chip is gebouwd met behulp van een opkomende technologie in siliciumfotonica die de integratie van diverse systemen op halfgeleiders van minder dan 5 millimeter breed mogelijk maakt. Pro-vice-kanselier (onderzoek) professor Ben Eggleton, die het onderzoeksteam begeleidt, vergeleek het met het in elkaar passen van Lego-bouwstenen, waarbij nieuwe materialen worden geïntegreerd door middel van geavanceerde verpakking van componenten, met behulp van elektronische 'chiplets'.

Het onderzoek voor deze uitvinding is gepubliceerd in Nature Communications .

Dr. Alvaro Casas Bedoya, Associate Director voor Fotonische Integratie aan de School of Physics, die leiding gaf aan het chipontwerp, zei dat er al tien jaar aan de unieke methode van integratie van heterogene materialen is gewerkt.

"Het gecombineerde gebruik van overzeese halfgeleidergieterijen om de basischipwafel te maken met lokale onderzoeksinfrastructuur en productie is van cruciaal belang geweest bij de ontwikkeling van dit fotonische geïntegreerde circuit", zei hij.

"Deze architectuur betekent dat Australië zijn eigen soevereine chipproductie zou kunnen ontwikkelen zonder exclusief afhankelijk te zijn van internationale gieterijen voor het proces van toegevoegde waarde."

Professor Eggleton benadrukte het feit dat de meeste items op de lijst van kritieke technologieën van nationaal belang van de federale overheid afhankelijk zijn van halfgeleiders.

Hij zei dat de uitvinding betekent dat het werk bij Sydney Nano goed aansluit bij initiatieven zoals het Semiconductor Sector Service Bureau (S3B), gesponsord door de NSW-regering, dat tot doel heeft het lokale halfgeleider-ecosysteem te ontwikkelen.

Dr. Nadia Court, directeur van S3B, zei:"Dit werk sluit aan bij onze missie om vooruitgang te boeken in de halfgeleidertechnologie, en houdt grote belofte in voor de toekomst van halfgeleiderinnovatie in Australië. Het resultaat versterkt de lokale kracht in onderzoek en ontwerp op een cruciaal moment van een grotere mondiale focus en investeringen in de sector."

Het geïntegreerde circuit is ontworpen in samenwerking met wetenschappers van de Australian National University en werd gebouwd in de cleanroom van de Core Research Facility van de Nanoscience Hub van de Universiteit van Sydney, een speciaal gebouwd gebouw van $ 150 miljoen met geavanceerde lithografie- en depositiefaciliteiten.

Het fotonische circuit in de chip betekent een apparaat met een indrukwekkende bandbreedte van 15 gigahertz aan afstembare frequenties met een spectrale resolutie tot slechts 37 megahertz, wat minder is dan een kwart van een procent van de totale bandbreedte.

Professor Eggleton zei:"Onder leiding van onze indrukwekkende promovendus Matthew Garrett is deze uitvinding een aanzienlijke vooruitgang voor microgolffotonica en geïntegreerd fotonicaonderzoek.

"Microgolffotonische filters spelen een cruciale rol in moderne communicatie- en radartoepassingen en bieden de flexibiliteit om verschillende frequenties nauwkeurig te filteren, elektromagnetische interferentie te verminderen en de signaalkwaliteit te verbeteren.

"Onze innovatieve benadering van het integreren van geavanceerde functionaliteiten in halfgeleiderchips, met name de heterogene integratie van chalcogenideglas met silicium, heeft het potentieel om het lokale halfgeleiderlandschap opnieuw vorm te geven."

Co-auteur en Senior Research Fellow Dr. Moritz Merklein zei:"Dit werk maakt de weg vrij voor een nieuwe generatie compacte RF-fotonische filters met hoge resolutie en breedbandfrequentieafstemming, met name gunstig voor RF-communicatie in de lucht en in de ruimte, waardoor mogelijkheden worden geopend voor verbeterde communicatie- en detectiemogelijkheden."

Meer informatie: Matthew Garrett et al, Geïntegreerd fotonisch microgolffilter met behulp van een heterogeen geïntegreerd fotonisch circuit van Brillouin en actief silicium, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43404-x

Aangeboden door Universiteit van Sydney